[发明专利]超疏水碳钢及其制备方法

权利要求书

1.一种超疏水碳钢，其特征在于，所述超疏水碳钢包括碳钢基材以及原位生长在碳钢基材表面的纳米片层，并且所述纳米片层表面修饰有低表面能物质；

其中，所述纳米片层中，纳米片在二维平面内沿110晶面的方向生长分布在碳钢基材的表面；

其中，单个纳米片的长度为0.2-1μm，厚度为20-50nm；从基材到远离基材的方向，所述单个纳米片的宽度呈现由宽到窄的趋势，所述单个纳米片与基材连接的部分的宽度为0.8-1.2μm；

所述低表面能物质为硅烷类低表面能物质，其中，所述硅烷类低表面能物质选自F13-F17的氟硅烷中的至少一种；

其中，纳米片结构的原位生长方法为在氧气气氛下对刻蚀后的碳钢基材进行退火处理。

2.根据权利要求1所述的超疏水碳钢，其中，所述纳米片包含Fe和Fe₃O₄。

3.根据权利要求1所述的超疏水碳钢，其中，所述纳米片包含Fe、Fe₃O₄和Fe₂O₃。

4.根据权利要求1所述的超疏水碳钢，其中，以Fe元素和O元素的总重量为基准，所述纳米片层中Fe元素的含量为30-40重量%，O元素的含量为60-70重量%。

5.一种超疏水碳钢的制备方法，其特征在于，该方法包括：对碳钢基材依次进行预处理、纳米片结构的原位生长和低表面能处理，得到超疏水碳钢；

其中，该方法进一步包括：

（1）预处理：对碳钢基材进行刻蚀处理，得到刻蚀后的碳钢基材；

（2）纳米片结构的原位生长：在氧气气氛下对刻蚀后的碳钢基材进行退火处理，得到原位生长有纳米片结构的碳钢基材；

（3）低表面能处理：将原位生长有纳米片结构的碳钢基材和低表面能物质接触，得到所述超疏水碳钢；

步骤（1）中，所述刻蚀的方式包括：使用无机酸对除杂处理后的碳钢基材进行表面刻蚀，得到刻蚀后的碳钢基材；其中，所述无机酸的浓度为1-5重量%，刻蚀时间为3-5min；

步骤（2）中，所述退火的方式包括：将刻蚀后的碳钢基材在氧气气氛中升温至400-600℃，然后退火1-2h，冷却至室温，得到原位生长有纳米片结构的碳钢基材；其中，升温速率为4-6℃/min；

所述低表面能物质为硅烷类低表面能物质，所述硅烷类低表面能物质选自F13-F17的氟硅烷中的至少一种。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，该方法还包括：在对碳钢基材进行刻蚀处理前，对所述碳钢基材进行除杂处理。

7.根据权利要求5所述的方法，其中，步骤（3）中，所述接触的时间为0.2-1h。

8.根据权利要求5所述的方法，其中，所述硅烷类低表面能物质选自三甲氧基-1H,1H,2H,2H-十七氟癸基硅烷、三乙氧基-1H,1H,2H,2H-十七氟癸基硅烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷和十三氟辛基三乙氧基硅烷中的至少一种。

9.根据权利要求5-8中任意一项所述的方法制备得到的超疏水碳钢。