一種仿生微納結構超疏水鋁表面的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種仿生微納結構超疏水鋁表面的制備方法，特別涉及一種通過電化學腐蝕、陽極氧化和有機分子修飾三步制備仿生微納結構超疏水鋁表面的方法。
【背景技術】
[0002]作為一種機械強度較高、質量較輕材料，鋁合金在造船業上廣泛應用，比如作為船殼體、上層結構、各種設施和管路等，因此從小型游艇、客輪、高速船，到萬噸巨輪、深水潛艇上都有鋁合金的出現。而在包括海水在內的各種相關水體環境中，生物污染、離子腐蝕、氧化是比較常見的現象。特殊潤濕性表面相關研究發現:超疏水表面在自清潔、防生物污染、耐腐蝕性、抗氧化等方面都有重要作用，潛在應用價值較高。因此，針對鋁合金的超疏水表面構建已經成為仿生功能表面研究關注的一個焦點。
[0003]現階段，關于鋁和鋁合金超疏水表面制備方面的專利申請較多，截止2012年12月共有 11 篇(1.CN 101007304A ；2.CN 102389870A ；3.CN 102677059A ；4.CN 101704588A ；5.102677058A ；6.CN 101532159A ；7.CN 101967673A ；8.CN 102304741A ； 9.CN102527619A ；10.CN 102586771A ；11.CN 101096771A)，從表面結構構建方式的角度可以分為兩大類:刻蝕鋁合金表面本身為主的表面腐蝕方法(1-8)和沉積或者涂覆其它材料的表面沉積或者涂層技術(9.馬來酸酐接枝聚丙烯和聚丙烯的復合涂層；10.氧化鈰薄膜；
11.三氮雜嗪類有機化合物薄膜)，而表面腐蝕又可以分為:化學腐蝕(1.硝酸以及金屬鹽；
2.己二胺水溶液；3.鹽酸和沸水；4.鹽酸揮發；5.含銅離子和氯離子的鹽溶液)和電化學腐蝕(6.磷酸和丙三醇混合液；7.含氯離子的酸性水溶液；8.硫酸+重鉻酸鉀+草酸+氯化鈉+甘油)兩小類。在這兩大類中，表面沉積或涂層有自己的優勢，但材料的選擇在有些環境下是唯一的，不可以改變的；表面腐蝕是一種較好的原位構建表面結構的方法，但是不論化學腐蝕還是電化學腐蝕都只是制備一種結構(1-8中6為納米結構，其余為微米結構)，這和仿生微納結構表面中微米和納米結構共存的狀況是有差別的，而微納結構的“二元協同效應”是提高其防生物污染、耐腐蝕性、抗氧化等性能的關鍵所在。因此，找到一種在鋁合金基材上制備仿生微納結構超疏水表面的方法很重要。
【發明內容】
[0004]本發明目的是在于提供一種仿生微納結構超疏水鋁表面的制備方法。
[0005]本發明所述制備方法是通過電化學腐蝕、陽極氧化和有機分子修飾三個步驟制備仿生微納結構超疏水鋁表面的，其中首先通過電化學腐蝕制備微米矩形孔結構，然后通過陽極氧化制備納米孔或者納米線結構，最后通過低表面能有機硅烷修飾獲得超疏水性能。
[0006]一種仿生微納結構鋁表面的制備方法，其特征在于該方法步驟為:
1)將所述鋁或鋁合金在丙酮中超聲清洗；
2)將所述鋁和鋁合金作為陽極，石墨作為陰極固定在支架上，分別放入兩種不同溶液中進行電化學反應；首先放入含氯離子(Cl—)的酸或者鹽溶液電解槽中，進行第一步電化學腐蝕，制備微米矩形孔結構；然后放入草酸溶液電解槽中，進行第二步陽極氧化，制備納米孔線結構；
3)最后放入有機硅烷的甲苯溶液中進行表面修飾，獲得具有仿生微納結構的超疏水表面。
[0007]本發明所述的有機硅烷用R-SiX3 表示，R=CnH2n+1，n=8、9、10...20，X=Cl，OCH3, OC2H5。
[0008]本發明對比已有技術具有以下優點:
1、通過電化學腐蝕和陽極氧化兩個獨立的過程，在鋁材表面制備同時具有微米矩形孔和納米孔或者納米線的多層次仿生微納結構。
[0009]2、獲得的仿生微納結構超疏水鋁表面為真真意義上的仿生微納結構超疏水表面。
[0010]本發明對比已有技術具有以下顯著優點:相對其它方法，此方法可以通過兩個獨立的電化學過程對微米、納米結構的尺寸進行分別控制。
【附圖說明】
[0011]圖1本發明所述通過電化學腐蝕和陽極氧化制備的具有微米矩形孔和納米線結構的仿生微納結構招表面的電子掃描顯微鏡照片。
[0012]圖2本發明所述仿生微納結構超疏水鋁表面上細小水流流動行為圖。
【具體實施方式】
[0013]為了更好的理解本發明，通過以下實施例進行說明。
[0014]實施例1:
將鋁或鋁合金在丙酮中超聲清洗，然后將其作為陽極，石墨作為陰極固定在支架上，先后放入盛放兩種不同腐蝕溶液體系的電解槽中進行電化學反應:首先放入鹽酸溶液電解槽中進行第一步電化學腐蝕，制備微米矩形孔結構；然后放入草酸溶液電解槽中進行第二步陽極氧化，制備納米孔線結構。所獲得的鋁表面為仿生微納結構表面，通過有機硅烷分子修飾獲得超疏水表面。
[0015]圖1所示電子掃描顯微鏡結果表明，通過所述電化學腐蝕和陽極氧化兩個過程獲得的表面為仿生微納結構鋁表面。
[0016]圖2所示結果表明，細小的水流觸及所述仿生微納結構超疏水鋁表面時立刻折返流下，并沒有發生浸潤表面。
【主權項】
1.一種仿生微納結構鋁表面的制備方法，其特征在于該方法步驟為: 1)將所述鋁或鋁合金在丙酮中超聲清洗； 2)將所述鋁和鋁合金作為陽極，石墨作為陰極固定在支架上，分別放入兩種不同溶液中進行電化學反應；首先放入含氯離子的酸或者鹽溶液電解槽中，進行第一步電化學腐蝕，制備微米矩形孔結構；然后放入草酸溶液電解槽中，進行第二步陽極氧化，制備納米孔線結構； 3)最后放入有機硅烷的甲苯溶液中進行表面修飾，獲得具有仿生微納結構的超疏水表面。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述的有機硅烷用R-SiX3表示，R=CnH2n+1,n=8、9、10...20，X=Cl，OCH3, 0C2H5。
【專利摘要】本發明公開了一種仿生微納結構超疏水鋁表面的制備方法。該方法是通過電化學腐蝕、陽極氧化和有機分子修飾三個過程來獲得仿生微納結構超疏水鋁表面的，其中電化學腐蝕用來制備微米孔結構，陽極氧化用來制備納米孔/線結構，有機分子修飾用來獲得低表面能的。本發明成本較低，工藝簡單，所獲得的仿生微納結構超疏水鋁表面為真真意義上的仿生微納多尺度結構超疏水表面。
【IPC分類】B82Y30-00, B82Y40-00, C25D11-10, C25F3-04, C25D11-18, C25D11-16
【公開號】CN104726919
【申請號】CN201310708143
【發明人】王富國, 張俊彥
【申請人】中國科學院蘭州化學物理研究所
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2013年12月20日