[发明专利]一种金属基超疏水表面的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种表面处理方法，尤其涉及一种金属基超疏水表面的制备方法。

背景技术

近年来，超疏水表面(静态接触角大于150°，滚动角小于10°)引起了广泛的研究兴趣。由于超疏水表面上的液滴具有接触角大、接触面积小，且液滴易滚落等特点，其在自清洁、防雾抑霜、防腐抗阻、微流体芯片和无损液体输出等方面都表现出了极为诱人的应用前景。

金属是国家经济发展不可或缺的基础材料，其广泛应用于航空航天、机械制造、建筑工业、国防工业及化学工业等领域。然而，常用的金属表面具有很多缺点，比如不具有自清洁性，容易被污染腐蚀等等。因此在金属表面构建微纳米结构来制备超疏水表面，将赋予其更多的功能性，拓展金属的应用范围，具有重要的实际应用价值。

表面的润湿特性主要由固体表面化学组成和表面微细几何结构共同决定，因此对表面的改性主要是通过改变固体的表面自由能和表面形貌实现。目前，金属基超疏水表面的制备方法多种多样，比如：化学气相沉积法、电化学沉积法、聚电解质交替沉积法、阳极氧化法、等离子体法、化学蚀刻法等，但大多方法存在制备条件苛刻、加工设备特殊或工艺过程复杂等不足，因此探索成本低廉、工艺简单、性能优良的金属基超疏水表面制备方法仍然很有必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种金属基超疏水表面的制备方法，该方法具有操作简单，安全可靠，制备周期短，重复性好，不需要昂贵的设备和材料，成本低的特点。

本发明提供的一种金属基超疏水表面的制备方法，包括如下步骤：

(1)将金属基表面浸入酸-盐混合液中，所述酸盐混合液由酸、金属盐和水组成；

所述金属基中的金属与所述金属盐发生置换反应，所述金属基中的金属与所述酸发生刻蚀；

(2)将经步骤(1)处理的金属基表面浸入表面修饰溶液中，所述表面修饰溶液为全氟硅烷水溶液；

(3)将经步骤(2)处理的金属基表面烘干，冷却，即可得到具有超疏水表面的金属基。

上述制备方法，步骤(1)中，将金属基表面浸入酸-盐混合液中，可以观察到金属基的表面有气体溢出，并同时有固体沉积，所述金属基的表面在酸-盐混合液中同时发生刻蚀和置换反应，同时进行的刻蚀和置换反应更有利于在表面上形成具有多级结构的表面形貌，为了发生置换反应，所述金属基中的金属在金属活动顺序表中的位置位于所述金属盐中金属的位置之前，即所述金属基中金属的金属性大于所述金属盐中金属的金属性；为了发生刻蚀，所述金属基中的金属需能够与所述酸发生反应。

上述制备方法，步骤(1)中，将所述金属基浸入酸盐混合液中，即将整个所述金属基浸入所述酸盐混合液中；

所述金属基可为铝基、铜基、锌基或不锈钢基；

所述酸盐混合液中，所述金属盐可为硝酸铜、硝酸银、氯化铜或氯化金(AuCl₃)。

上述制备方法，步骤(1)中，所述金属基可为铝基，所述金属盐可为硝酸铜，由于铝的金属性大于铜，当将铝基的表面置于含有硝酸铜的酸盐混合液中时，在铝基的表面铜离子被还原为铜，发生置换反应；

所述金属基可为铜基，所述金属盐可为硝酸银，由于铜的金属性大于银，当将铜基的表面置于含有硝酸银的酸盐混合液中时，在铜基的表面银离子被还原为银，发生置换反应。

上述制备方法，步骤(1)中，金属盐的浓度影响置换反应的速度，所述金属盐的浓度可为0.005～0.5mol/L；当所述金属基为铝基，所述金属盐为硝酸铜时，所述硝酸铜的浓度可为0.05～0.1mol/L，具体可为0.1mol/L；当所述金属基为铜基，所述金属盐为硝酸银时，所述硝酸银的浓度可为0.01～0.02mol/L，具体可为0.01mol/L或0.02mol/L。

上述制备方法，步骤(1)中，所述酸盐混合液中，所述酸可为盐酸、硝酸或硫酸。

上述制备方法，步骤(1)中，当所述金属基为铝基时，所述酸可为盐酸，这是由于盐酸中的氢离子参与刻蚀，而氯离子则有助于破坏铝片表面迅速形成的钝化层，有着重要的活化作用；当所述金属基为铜基，所述酸可为硝酸，硝酸氧化性较强，能够与不太活泼的铜发生反应，且硝酸根离子不易与其他金属阳离子产生沉淀。

上述制备方法，步骤(1)中，酸的浓度影响刻蚀的速度，酸的浓度过高时，反应速度过快不易控制，酸的浓度过低时，反应较慢，需要花费过长的时间，所述酸的浓度可为0.02～8.0mol/L。