[發明專利]一種金屬表面防結冰的超疏水涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 202110728231.4
• 申請日: 2021-06-29
• 公開（公告）號: CN113549966B
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發明（設計）人: 項騰飛;魏菲菲;陳德鵬;呂忠
• 申請（專利權）人: 安徽工業大學
• 主分類號: C25D5/00
• 分類號: C25D5/00;C25D5/34;C25D3/56;C23C22/68;C23C22/73;C23C22/83
• 代理公司: 蘇州達權專利代理事務所(普通合伙) 32737
• 代理人: 溫明霞

本發明涉及金屬類基底超疏水材料技術領域，具體涉及一種金屬表面防結冰的超疏水涂層的制備方法，首先采用電沉積法在金屬表面制備Zn?Ni合金鍍層，然后在Zn?Ni合金基礎上采用水熱法制備具有“玫瑰花”狀微納米粗糙多孔結構，并對其表面進行化學改性，得到超疏水涂層，該超疏水涂層制備方法簡單，環保，僅需兩步處理即可構造粗糙的微納米多孔結構，對金屬類材料具有廣泛適用性，在一定程度上可以擴大金屬材料在不同領域的應用范圍。該涂層具有優異的超疏水性能、自清潔性能和化學穩定性，以及優異的防結冰性能，對金屬防結冰領域起到了推動作用。

技術領域

本發明涉及超疏水材料技術領域，具體涉及一種金屬表面防結冰的超疏水涂層及其制備方法。

背景技術

金屬表面在低溫下不可避免發生霜凍、結冰的問題是一個全球化的問題。過去的幾十年間，人們常常采用傳統的主動方法除冰/防冰。例如，機械除冰、高溫除冰、化學方法除冰等等，在某些特殊情況下還必須采用人力除冰。然而這些主動除冰方法常常需要耗費大量的能源造成資源浪費，污染環境，甚至還會威脅到勞動者的人身安全。

近年來，受到各種動植物表面的啟發，仿生超疏水表面得到了廣泛的研究。超疏水表面由于具有拒水、自清潔、防腐蝕、防結冰、油水分離等優異的性能而逐漸被應用于各個領域。超疏水表面具有高于150°的水接觸角和低于10°的水滾動角。其中粗糙結構和低表面能是影響超疏水表面性能的兩大因素。由于空氣介質存在微納米粗糙結構空隙中，導致水滴與超疏水粗糙表面的接觸面積很小，形成Cassie潤濕模型。從而在低溫環境下使表面成核位點減少，減小表面的結冰概率。同時低表面能也增加了溫度傳遞的能壘，起到表面防結冰保護。

目前已經開發了許多方法制備超疏水涂層。例如，激光蝕刻、模板法、氣相沉積、溶膠凝膠、電紡絲、水熱合成法等等。這些方法在一定程度上促進了表面領域在防結冰方向的進步，但是制備過程繁瑣、成本高，更重要的是適用介質有限，通常只適用單一的物質表面，這嚴重限制了超疏水防結冰表面的應用。

鑒于上述缺陷，本發明創作者經過長時間的研究和實踐終于獲得了本發明。

發明內容

本發明的目的在于解決現有用于金屬表面防結冰超疏水表面制備工藝復雜、適用單一固定某種金屬材料的問題，提供了一種金屬表面防結冰的超疏水涂層及其制備方法。

為了實現上述目的，本發明公開了一種金屬表面防結冰的超疏水涂層的制備方法，包括以下步驟：

S1：制備金屬表面Zn-Ni合金鍍層：以不溶性電極板作為陽極，金屬板作為陰極，對陰極鍍件依次進行除油、酸洗、超聲分散、刷洗、活化，電極板分別通過導線與直流電源的正負極連接，進行恒溫恒壓電鍍，得到的陰極電沉積Zn-Ni合金鍍層樣品在60℃下干燥1～2h；

S2：制備金屬表面Zn-Al層狀雙金屬氫氧化物：將硝酸鋁和碳酸鈉溶解于去離子水中得到水熱反應溶劑，再將步驟S1中得到的Zn-Ni合金鍍層樣品放入水熱反應溶劑中，密封后在恒溫條件下進行高溫高壓反應，反應得到的樣品用去離子水洗滌后在60℃下干燥1～2h后得到水熱樣品；

S3：制備金屬表面防結冰的超疏水涂層：將步驟S2得到的水熱樣品用低表面能修飾劑進行浸泡修飾1～3h，然后用去離子水洗滌樣品，再在60℃下干燥1～2h，得到防結冰超疏水涂層。

所述步驟S1中除油采用的除油液為氫氧化鈉、磷酸鈉、碳酸鈉和硅酸鈉依次溶解離子水中得到的溶液。

所述步驟S1中酸洗液和活化液均通過稀釋鹽酸配置。

所述步驟S1中電鍍在酸性鍍液中進行，所述酸性鍍液通過鹽酸和氨水調節至pH＝5。

所述酸性鍍液為氯化鉀、氯化銨、氯化鉀和氯化銨混合體系中的任意一種。

所述步驟S1中恒溫電鍍溫度為35℃，電鍍時間為10～20min。