[发明专利]铝表面超疏水薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及铝表面处理和改性技术领域，特别是指一种于铝表面制备具 有超疏水功能特性有机纳米薄膜的方法。

背景技术

纳米材料以其特殊的物理、化学、电、磁以及光学性能，而得到了广泛 的应用。在材料表面工程的研究当中，利用有机纳米薄膜材料对材料表面进 行改性是研究的主要方向之一。

就材料表面性能而言，浸润性是固体表面的重要特征，无论是在人们的 日常生活还是在工农业生产中都发挥着重要的作用。随着对材料疏水和亲水 性能研究的逐渐成熟和仿生技术的不断发展，人们把研究的重点放在了具有 荷叶自清洁效应表面的制备方面。这种具有荷叶效应的表面与水滴的接触角 大于150°，且具有防水、防雾、抗氧化、自清洁等重要特点，因此能够应用 于防雪、防污染、抗氧化以及防止电流传导等方面，人们称之为超疏水表面。

目前，超疏水表面制备方面已经取得了很大的进展，人们对于超疏水表 面的形成机理也有了新的认识。江雷发表在Advanced Materials，2002，14(24)：1857-1860的文章揭示了天然荷叶表面的超疏水性是 由其表面微观结构和化学组成决定的，并认为通过增大疏水材料表面的粗糙 度或者降低表面粗糙材料的表面自由能都可以得到表面超疏水材料。

许多超疏水表面的制备方法已有报道，包括熔化—固化法、等离子体处 理法、微波等离子体增强化学气相沉积法、相分离法、模板挤压法、离子电 镀法、电化学方法、溶胶—凝胶法。然而，现有报道的超疏水表面的制备方 法需要特殊的仪器设备，并且操作复杂；其次，由于低表面自由能物质仅仅 是依靠范德华力或者物理吸附的方式与基体结合，超疏水表面的使用寿命受 到了限制。为此，人们对简便、易于操作的超疏水表面制备方法进行了探索。 例如，钱柏太利用化学刻蚀和表面氟化的方法制备了超疏水表面(Qian BT，Shen ZQ.Langmuir，2005，21(20)：9007-9009)，然而表面氟化的过程较 为复杂而且耗时，需要将金属试样浸入到预先水解的1.0wt.％十三氟辛基三 乙氧基硅烷的甲醇溶液中，室温下浸泡1h后取出，再在烘箱中130℃下加热 1h。中国发明专利申请号为200310119322.X公开了一种简单的超疏水性薄 膜制备方法，它是以易吸附于固体表面并含有胺基反应活性基团的聚合物及 长链脂肪酸为原料制备得到的，因此，超疏水性薄膜与固体表面之间的结合 仅仅是通过范德华力进行结合，不适合于工业领域的规模化应用。

发明内容

本发明的目的是为了克服超疏水表面制备技术的不足，提出一种铝表面 超疏水薄膜的制备方法，它不仅能够简化超疏水表面的制备过程，而且制备 的有机薄膜与铝基体表面之间以共价键相结合，结合紧密。

本发明这种铝表面超疏水薄膜的制备方法，它主要包括以下步骤及工艺 条件：

步骤一：配制电解质溶液

选取水溶性三氮杂嗪类有机化合物盐0.5～5mmol/l、碱性支持电解盐 0.25～5mol/l，配制成有机镀膜用电解质溶液；

步骤二：制作工作电极

在制备超疏水性薄膜前进行粗糙化和清洁处理的纯铝表面作为基底，该 基底即为工作电极；

步骤三：致密有机纳米薄膜的制备

将制作好的工作极置于配制好的电解质溶液中进行以三电极方式工作的 有机镀膜处理，有机镀膜工艺条件为：镀膜温度5～25℃，电流密度为0.5～ 10A/m²，镀膜时间为30s～5min，在金属表面制备出一层具有超疏水功能特 性、致密的有机纳米薄膜即为超疏水薄膜。

电解质溶液所用的为含氟功能基团的三氮杂嗪类有机化合物单体，其具 体结构如下：

结构中的R₁为下列功能基团之一：

全氟芳基类：