[发明专利]一种在金属基体上制备混杂多阶结构的超疏水薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属基体表面处理技术，具体是一种在金属基体上制备有机－无机混杂多阶结构二氧化硅超疏水薄膜的方法。 

背景技术

超疏水表面一般是指与水滴的接触角大于150°的固体表面，这类材料在工农业生产和人们的日常生活中有着非常广阔的应用前景，近年来备受关注。在金属基体表面进行超疏水处理可以起到防污、防腐蚀、防结霜结冰、减少与水的摩擦系数等效果，对于金属材料在船舶、航天航空、建筑、医药等方面应用性能的改善和更多潜在应用的开发意义重大。 

超疏水现象起源于自然界，其中最典型的代表是荷叶表面。研究表明，荷叶表面的超疏水性是由于表面上微米结构与纳米结构相结合的阶层结构及表面蜡状物的存在共同作用的结果。目前仿生制备超疏水表面一般有两种途径：一为在较低表面能的材料表面构建具有一定粗糙度的表面微观结构；二为在较高表面能的固体材料表面构建具有一定粗糙度的表面微观结构，然后辅以低表面能物质修饰。由于金属基体表面能较高，属于与水滴的接触角小于90o的亲水性表面，因此通常采用第二种方法制备金属基超疏水表面，而其中关键是金属基体表面具有一定粗糙度的表面微观结构的构建。目前可用于制备金属基超疏水表面的方法有很多种，例如Bi Gi Park等人（Bo Gi Park, Wonbae Lee, Jung Suk kim, et al. Colloids and Surfaces A: Physic℃hem. Eng. Aspects 370 (2010) 15-19.）在金属铝表面利用阳极氧化法获得规则多孔型表面结构，结合低表面能物质修饰，表面呈现超疏水状态。Min Ruan等人（Min Ruan, Wen Li, Baoshan Wang, et al. Applied Surface Science 258 (2012) 7031-7035.）利用简单的化学蚀刻法辅以月桂酸乙醇溶液修饰成功在金属铝表面构建接触角高达167.5o的超疏水表面。Mingde Pei等人（Mingde Pei, Bo Wang, Er Li, et al. Applied Surface Science 256 (2010) 5824-5827.）利用低压表面氧化法在铜基体上构建了接触角为158°的超疏水表面。然而，目前这些方法制备金属基超疏水表面一般需要粗糙结构构建和低表面能物质修饰分两步完成，比较繁琐。因此，寻求一种操作简单，能够一步同时实现粗糙结构构建和低表面能物质修饰，且能获得性能优良的金属基超疏水表面的方法，仍是目前研究的重点。 

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种在金属基体上制备混杂多阶结构的超疏水薄膜的方法，以解决上述背景技术中的缺点。 

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现： 

一种在金属基体上制备混杂多阶结构的超疏水薄膜的方法，可用于在金属基体上制备有机-无机混杂多阶结构二氧化硅超疏水薄膜，其具体操作步骤包括：

1）、金属基体清洗：金属基体依次用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗10min，烘干备用；

2）、化学腐蚀：清洗后的金属基体室温浸入化学处理液中腐蚀处理，处理完之后用去离子水超声清洗，烘干备用；

3）、二氧化硅原位自组装：将腐蚀处理过的金属基体垂直浸入充分混合均匀的含正硅酸乙酯、氨水和水的乙醇溶液中，一定温度下沉积反应2～24h，自组装一层二氧化硅薄膜；

4）、疏水性硅氧烷改性：继续向反应体系中加入含有疏水性硅氧烷的乙醇溶液，反应2～4h，取出，用无水乙醇润洗，干燥后获得有机－无机混杂二氧化硅超疏水薄膜。

在本发明中，所述金属基体可为铝、铜、锌、钛、镁、钢及其合金板材。 

在本发明中，所述步骤2）中，化学处理液为2～6 mol/L的盐酸溶液，腐蚀时间为0.5～10min。 

在本发明中，所述步骤3）中，溶液混合方式为磁力搅拌或超声分散。 

在本发明中，所述步骤3）混合溶液中正硅酸乙酯的浓度为0.05～0.5mol/L，氨水的浓度为1～10mol/L，水的浓度为1～10mol/L。 

在本发明中，所述步骤3）反应温度为20～60℃。 

在本发明中，所述步骤4）中疏水性硅氧烷的化学分子式为 ，其中R是甲基或乙基基团，是乙烯基、氨丙基或多碳烷基基团，m为1、2或3。其加入量为正硅酸乙酯物质的量的0.2～2倍。 

在本发明中，所述疏水性硅氧烷为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷或十八烷基三甲氧基硅烷或其他疏水性硅氧烷中的一种。