[發(fā)明專利]在鋅片表面構筑納米管狀超疏水結構的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110320680.1
• 申請日: 2011-10-20
• 公開（公告）號: CN102423755A
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發(fā)明（設計）人: 楊武;趙靜卓
• 申請（專利權）人: 西北師范大學
• 主分類號: B05D5/08
• 分類號: B05D5/08;B05D3/00;B05D3/10
• 代理公司: 甘肅省知識產權事務中心 62100
• 代理人: 張英荷

技術領域

本發(fā)明涉及一種在鋅片表面構筑納米管狀超疏水結構的方法，屬于化學技術領域。

背景技術

鋅在電池制造、汽車、建筑、電氣設備等領域應用廣泛，經常被用來作為陽極保護涂層防止鋼鐵腐蝕，對鋅涂層表面進行防腐處理是延長鋼鐵使用壽命的必要措施。鋅基底上構筑超疏水表面阻止表面與水的接觸是防止其腐蝕的有效方法。

在金屬表面構筑超疏水表面一般分兩個步驟：首先構建粗糙結構（主要通過化學刻蝕法，模板法，復合涂層法，電化學沉積法，可控氧化法，陽極氧化法等方法），然后在粗糙結構上修飾低表面能物質，常用的低表面能物質有氟化基硅烷、氟聚合物、長鏈硅烷、硫醇等。然而這些方法大都需要專門的設備和技術，存在可控性差，方法復雜，成本較高，穩(wěn)定性和耐用性差，難以大規(guī)模工業(yè)生產等問題；而且用來修飾的低表面能物質大多價格昂貴，對環(huán)境有潛在的危害。因此，采用廉價的材料，尋找簡單易行的方法是超疏水材料發(fā)展的方向。

一步浸泡法是近年來興起的一種制備超疏水材料的新方法，該法無需預先構筑表面微結構和后期的低表面能物質修飾，可以大面積制備；然而一步浸泡法一般周期較長，需要浸泡2-10天，工業(yè)生產效率低。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是針對現有技術中存在的問題，提供一種在鋅片表面構筑納米管狀超疏水結構的方法，從而防止鋅以及鍍鋅金屬的腐蝕，并提高其自清潔作用。

本發(fā)明在鋅基底上構筑納米管狀超疏水結構的方法，是將鋅片打磨拋光后依次在乙醇、異丙醇、水中超聲清洗，室溫晾干后浸入氫氟酸中刻蝕10min~20?min；沖洗后依次用水、乙醇超聲除去表面殘留物，烘干；然后浸入12-羥基硬脂酸的乙醇溶液中2~3?h，取出自然晾干后于40℃~50℃恒溫放置2h~24h時間即可。

所述氫氟酸的濃度為4?mol/L?~8?mol/L?。

所述12-羥基硬脂酸的乙醇溶液的質量濃度為0.5%~1.5%。

???下面通過紅外光譜圖、掃描電鏡圖以及接觸角對本發(fā)明構筑的納米管狀超疏水表面的結構和疏水性進行表征和說明。

圖1為12-羥基硬脂酸（a）和鋅基超疏水膜（b）的紅外光譜圖。圖1的結果顯示，對于12-羥基硬脂酸粉末，在1697?cm^-1處存在自由的-COO的吸收峰；但對于鋅基表面的超疏水薄膜而言，經過了溶液過程后，在1697?cm^-1處自由的-COO的吸收峰消失，而在1535?cm^-1處出現了由配位的-COO引起的新的吸收峰。對應于甲基和亞甲基(約3000?cm^-1~2800?cm^-1)的吸收峰沒有明顯的變化。說明樣品薄膜中含有配位的-COO，生成了12-羥基硬脂酸鋅。

圖2~4分別為不同條件下在鋅基底上所構筑表面掃描電鏡形貌圖。圖2~4?的結果顯示，鋅片上長出由納米管組成的花狀微納米復合結構，不僅花與花之間的空隙可以截流空氣，而且納米管內部也可以截流一部分空氣，從而大大減少了腐蝕介質和表面接觸的面積，提高了鋅的耐腐蝕性能。

采用SL200B型接觸角測定儀測定試樣表面與水的靜態(tài)接觸角，測試條件為室溫，水滴量為5μL?，對于每個樣品至少選取5個不同點進行測量，取其平均值為靜態(tài)接觸角，測量結果加濕?，靜態(tài)接觸角在132°~159°。

本發(fā)明構筑表面超疏水膜的機理可能為：鋅片在沒有任何其他添加氧化劑的情況下，在乙醇溶液中少量的O₂能夠自發(fā)的氧化鋅。但是由于表面氧化層的鈍化，使得這個反應過程很緩慢。鋅是活潑金屬，在酸性條件下極易被氧化，因此通過HF除去表面氧化層，12-羥基硬脂酸的醇溶液提供酸性環(huán)境，鋅片被氧化生成二價的鋅離子，釋放出的鋅離子很快與12-羥基硬脂酸發(fā)生配位反應生成12-羥基硬脂酸鋅，進而在鋅基底上生成一層自組裝膜，該膜在40℃~50℃下又會自發(fā)生形成了由納米管組成的花狀微納米復合結構，從而具有超疏水性。具體反應如下：

2Zn?+?O₂+?4H⁺→?2Zn²⁺+?2H₂O??????????????????????????????????????????????（1）?