[發(fā)明專(zhuān)利]一種超疏水性鋁合金濾網(wǎng)及其制備方法與應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010133722.X
• 申請(qǐng)日: 2020-02-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111318053B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-02-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張成云;馬澤霖;陸明慧;王文君;洪志豪
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 廣州大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B01D17/022
• 分類(lèi)號(hào): B01D17/022;B23K26/364;B05D7/14;B05D5/00;B05D7/24
• 代理公司: 廣州三環(huán)專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 44202
• 代理人: 顏希文

本發(fā)明提供了一種超疏水性鋁合金濾網(wǎng)及其制備方法與應(yīng)用。本發(fā)明先采用聚焦的飛秒激光在空氣中將鋁合金背面刻出相互平行的縫以形成縫陣列，再在蔗糖溶液的輔助下通過(guò)聚焦的飛秒激光在鋁合金正面誘導(dǎo)出密度可控的納米乳突結(jié)構(gòu)，然后采用聚二甲基硅氧烷處理鋁合金正面使其變?yōu)槌杷?，制得超疏水性鋁合金濾網(wǎng)，不僅解決了鋁合金表面易氧化而導(dǎo)致油水分離效果變差的問(wèn)題，還實(shí)現(xiàn)了表面超疏水、水下超親油的改性目的以及高效油水分離的目的。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光、機(jī)、計(jì)算機(jī)、材料一體化的綜合交叉領(lǐng)域，涉及一種潤(rùn)濕性-仿生微納米結(jié)構(gòu)新材料及其制備方法與應(yīng)用，具體涉及一種超疏水性鋁合金濾網(wǎng)及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

表面具有納米結(jié)構(gòu)的材料在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用十分廣泛，如表面具有納米錐狀結(jié)構(gòu)的硅可在醫(yī)學(xué)上充當(dāng)抗菌材料，表面具有納米突起結(jié)構(gòu)的金屬可應(yīng)用水霧收集、防霜抗凍和油水分離等。

自然界中最著名的超疏水表面是荷葉和玫瑰花瓣表面，玫瑰花瓣表面隨機(jī)分布著大量的微米級(jí)乳突結(jié)構(gòu)，微型乳突上還覆蓋著納米級(jí)褶皺結(jié)構(gòu)，低表面能的大量微納結(jié)構(gòu)可以?xún)?chǔ)藏空氣，形成一層“氣墊”，從而實(shí)現(xiàn)超疏水。材料表面的微納結(jié)構(gòu)和表面自由能決定了材料的浸潤(rùn)性，通過(guò)飛秒激光在材料表面誘導(dǎo)出特殊的粗糙結(jié)構(gòu)，再經(jīng)過(guò)低表面能改性處理后，可實(shí)現(xiàn)材料親水性向超疏水性的轉(zhuǎn)變。

由于液體的熱導(dǎo)率比空氣的熱導(dǎo)率高，激光在液體中燒蝕材料時(shí)更容易冷卻，從而減少了熱影響區(qū)和殘余熱損傷，同時(shí)熱對(duì)流和氣泡運(yùn)動(dòng)可以去除碎片，因此可以獲得更清潔的材料表面。

隨著工業(yè)社會(huì)的發(fā)展，污水排放、海洋石油泄漏等正嚴(yán)重影響生態(tài)環(huán)境。超疏水、水下超親油的材料應(yīng)用于油水分離具有選擇性高、分離效率高、可分離重油等優(yōu)點(diǎn)。

基于特殊浸潤(rùn)性材料的油水分離類(lèi)型包括過(guò)濾型和吸收型兩種，其中過(guò)濾型是通過(guò)重力驅(qū)動(dòng)的油水分離系統(tǒng)，可細(xì)分為超親水、水下超疏油和超疏水、水下超親油兩種。上述油水分離系統(tǒng)的濾膜一般是通過(guò)飛秒激光直接在空氣中誘導(dǎo)出粗糙結(jié)構(gòu)從而得到超親水、水下超疏油特性，或者再通過(guò)氟硅烷修飾后得到超疏水、水下超親油特性的。但飛秒激光在空氣中燒蝕金屬，表面等離子體波與入射激光的干涉效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致金屬表面出現(xiàn)垂于激光偏振方向的亞波長(zhǎng)周期性條紋結(jié)構(gòu)，這使得想要獲得干凈清潔的特殊微納結(jié)構(gòu)變得困難。同時(shí)通過(guò)飛秒激光處理后實(shí)現(xiàn)超親水、水下超疏油的金屬濾網(wǎng)具有易氧化的問(wèn)題，氧化后超親水特性就會(huì)減弱導(dǎo)致油水分離效果變差。另外，材料低表面能改性通常用的是氟硅烷，其改性工藝復(fù)雜且有毒。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明的目的在于提供一種超疏水性鋁合金濾網(wǎng)及其制備方法與應(yīng)用。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

第一方面，本發(fā)明提供了一種超疏水性鋁合金濾網(wǎng)的制備方法，其包括以下步驟：

(1)采用聚焦的飛秒激光在空氣中將鋁合金背面刻出相互平行的縫，以形成縫陣列；

(2)將步驟(1)處理后的鋁合金淹沒(méi)于蔗糖溶液中，再采用垂直于鋁合金正面的聚焦的飛秒激光在所述鋁合金正面進(jìn)行線陣列掃描以誘導(dǎo)出納米乳突結(jié)構(gòu)，得到處理后的鋁合金正面，其中所述線陣列掃描的方向與所述縫的方向垂直；

(3)將所述處理后的鋁合金正面干燥后采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)進(jìn)行處理，以形成聚二甲基硅氧烷膜，即得所述超疏水性鋁合金濾網(wǎng)。所述制備方法在蔗糖溶液的輔助下通過(guò)飛秒激光成功誘導(dǎo)出了大量納米級(jí)乳突結(jié)構(gòu)，這些乳突結(jié)構(gòu)的密度可以通過(guò)不同激光脈沖能量以及不同蔗糖溶液濃度來(lái)調(diào)節(jié)，然后在乳突表面通過(guò)熱蒸發(fā)法覆蓋上一層無(wú)毒的低表面能修飾劑PDMS，這樣既誘導(dǎo)出了密度可控的特殊納米結(jié)構(gòu)，從而可以調(diào)控鋁合金表面的粗糙度進(jìn)而實(shí)現(xiàn)潤(rùn)濕性的調(diào)節(jié)，又通過(guò)一種無(wú)毒的表面改性方法解決了鋁合金表面易氧化而導(dǎo)致油水分離效果變差的問(wèn)題，最終實(shí)現(xiàn)了表面超疏水、空氣中超親油和水下超親油的改性目的，實(shí)現(xiàn)了高效的油水分離。