[發明專利]金屬基超疏水材料的制備方法

在審

• 申請號: 201510508082.5
• 申請日: 2015-08-18
• 公開（公告）號: CN105018907A
• 公開（公告）日: 2015-11-04
• 發明（設計）人: 張建東;許蕓;陸小成;舒喜;莊柯
• 申請（專利權）人: 國電科學技術研究院
• 主分類號: C23C18/38
• 分類號: C23C18/38
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

技術領域

本發明涉及電化學制造技術，尤其涉及一種金屬基超疏水材料的制備方法，屬于超疏水材料制備技術領域。

背景技術

近年來,荷葉的自清潔效應備受關注。工程界不僅仿造荷葉表面制備了多種功能材料而且通過研究荷葉表面結構以及化學成分與浸潤性的關系,揭示了荷葉表面自清潔效應的本質。

蓮花效應主要是指蓮葉表面具有超疏水以及自潔的特性。由于蓮葉具有疏水、不吸水的表面，落在葉面上的水會因表面張力的作用形成水珠，換言之，水與葉面的接觸角(contactangle)會大于150度，只要葉面稍微傾斜，水珠就會滾離葉面。

荷葉表面的疏水且不吸水的特性是因為葉面存在著非常復雜的多種納米和微米級的超微結構。在表面張力作用下，水與超疏水表面會有一接觸角，水珠會夾帶灰塵顆粒離開葉面。在荷葉表面微米結構的乳突上還存在納米結構,這種微米結構與納米結構相結合的階層結構是引起超疏水表面的根本原因。

在超高解析度電子顯微鏡下可以清晰看到：在荷葉葉面上布滿著一個挨一個隆起的“小山包”。在山包上面長滿絨毛。在“山包”頂則又長出一個個饅頭狀的“碉堡”凸頂。因此，在“乳突”間的凹陷部分充滿著空氣，這樣就在緊貼葉面上形成一層納米級厚的空氣層。這就使得在尺寸上遠大于這種結構的灰塵、雨水等降落在葉面上后，隔著一層極薄的空氣，只能同葉面上“乳突”的凸頂形成幾個點接觸。雨點在自身的表面張力作用下形成球狀，水球在滾動中吸附灰塵，并滾出葉面，這就是“荷葉效應”。

理論上，“荷葉效應”的本質是表面潤濕性問題。描述潤濕性的指標為與水的接觸角θ，接觸角小于90°為親水表面，接觸角大于90°為疏水表面,接觸角大于150°則稱為超疏水表面。

對于光滑平整的理想固體表面，水滴在其表面上的形狀是由固體、液體和氣體三相接觸線的界面張力來決定的，水滴接觸角的大小可以用經典楊氏方程來表示：

cosθ＝(γ_SV-γ_SL)/γ_LV。其中，γ_SV、γ_SL、γ_LV分別是固-氣、固-液和液-氣界面的表面張力。

對于粗糙表面，Wenzel方程認為水滴在粗糙表面完全浸潤，其液滴接觸角為:cosθ_r＝rcosθ式中，r為表面粗糙度，即實際表面積與表面投影面積之比值。根據Wenzel方程,對于疏水表面，增加表面粗糙度，液滴的接觸角增大。Wenzel方程揭示了粗糙表面的表觀接觸角與本征接觸角間的關系。當固體表面由不同種類的化學物質促成時，Cassie進一步拓展了Wenzel的上述處理。他認為水滴在粗糙表面接觸存在兩種界面：水滴與固體界面以及由于毛細現象水滴無法進入微孔而形成空氣墊從而形成的水滴與空氣墊界面，并認為水滴與空氣墊的接觸角為180°，因此，提出粗糙表面的水滴的接觸角為：cosθ_r＝f₁cosθ₁+f₂cosθ₂。式中，f₁、f₂分別為粗糙表面接觸面中液固界面的面積分數與氣固界面的面積分數，f₁+f₂＝1。從上述模型可知,制備具有特殊結構的表面可以提高表面的接觸角。

在金屬表面制備與荷葉表面類似的微納米結構，理論上可以得到超疏水的表面，因而改變其親水性。現有技術中超疏水金屬表面的制備方法有很多：比如模板法，化學氣相沉積法，溶膠凝膠法，激光或等離子體表面處理法等；但是，這些制備方法均存在制備成本高、設備投入大、技術復雜、性能不穩定的缺陷。

發明內容

本發明提供一種具備成本低廉、性能優異特點的金屬基超疏水材料的制備方法，以解決現有技術中所需要的特殊設備和苛刻實驗條件。

本發明實施例提供的金屬基超疏水材料的制備方法，包括如下步驟：

步驟一、選擇合適形狀與尺寸的銅片和鈦片，并對這兩種金屬的表面進行預處理；

步驟二、取0.1mol/L檸檬酸乙醇溶液，向其中加入0.4mol/L的CuCl2水溶液，并攪拌均勾；

步驟三、將步驟一中預處理過的鈦片和銅片，浸入步驟二中混合好的溶液中；控制鈦片、銅片的距離為并用導線連接；

步驟四、將步驟三中形成的反應裝置置于恒溫干燥箱中，控制溫度保持恒溫，反應時間分別為6-24h；