一种铝材各向异性超疏水表面及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种侣材各向异性超疏水表面的制备技术。
【背景技术】
[0002] 生物体中特殊的微米-纳米复合结构可赋予其特殊的表面特性，典型的就是具有 "荷叶效应的植物叶表面"（如荷叶等）和昆虫翅膀（如赠、蝴蝶翅膀等）的超疏水特性。而 生物体中特殊的各向异性微纳结构，则具有了运些结构所赋予的一些特殊的润湿性能。例 如水稻叶子具有各向异性分级结构，并表现出超疏水性。水稻叶子表面的微乳突排列呈现 各向异性，并且运些微乳突的准一维的排列方向与叶边缘呈平行分布。因此，水稻叶表面呈 现出各向异性润湿性，水滴可W轻易地沿着与叶边缘平行的方向滚动，从而引导雨水流向。 蝴蝶翅膀表面具有的微米级的薄片堆叠构型W及薄片之间形成的纳米级条纹结构，使其具 有各向异性润湿特性。水滴在该结构表面沿着主轴线向翅膀外侧定向滚动，而不会向身体 方向滚动。运种结构在自然界中广泛存在并有良好的实用性，受此启发，各国的科研工作者 运用仿生学的思路与方法，不断探究自然界中的各向异性微纳结构及其特性，并进一步把 运些已经存在的各向异性微纳结构运用到实际生产生活中去。
[0003] 各向异性超疏水表面具有特殊的润湿行为，在定向冷凝集水、滴状冷凝传热和定 向除霜除冰，W及微流体、生物医学设备等领域中有广阔的应用前景。随着各种研究技术的 不断进步发展，人们对各向异性微纳结构进行了广泛而深入的研究。例如，在研究了水稻叶 子表面的微纳结构后，化ng等认为水稻叶子表面微乳突结构的排列影响了其润湿性能，他 们设计了润湿性可调的碳纳米管薄膜结构，从而液滴只会沿着特定的方向滚动，而不会像 荷叶表面液滴那样可W沿着任意方向滚动，并且在沿着"凹槽"方向的滚动角大小和垂直于 "凹槽"方向的滚动角大小不同【FengLetal.AdvMater. 2002, 14:1857】。Qien等用飞秒 激光光刻法在娃基片表面制得了各向异性微纳结构，通过扫描电子显微镜观察，发现娃基 片上形成了相互平行的带状结构，且带和带的间隙宽度为500~1500μm，带本身的宽度是 200μm【ChenF,ZhangD.etal.Langmuir. 2007,23:6212】。除此W外，也有学者利用电火 花加工法、模板法制备定向微结构，或是利用倾角气相沉积、定向变形来获得各向异性的微 结构，从而使得各个方向的润湿性出现差异性。虽然现有的技术能实现差异化润湿性，但一 般只能具有疏水性，或是不能在两个方向都具有超疏水性，至少在一个方向上，水滴的滚动 角大于10°，难W滚动，且往往与表面呈Wenzel润湿态接触，粘附力大，运非常不利于运种 表面应用于定向冷凝集水、滴状冷凝传热和定向除霜除冰，因为运些领域不但要求水滴运 动有各向异性，还要求在各个方向都要呈化ssie复合态接触，黏附小，W便于脱附。
[0004] 各向异性微纳结构相对于荷叶表面规则的乳突状结构而言，具有特殊的润湿性。 尤其是W沟槽结构为代表的各向异性微纳结构，其在不同方向呈现不同的润湿性，具有广 阔的应用前景。
【发明内容】
[0005] 本发明提供一种可大规模应用的侣材各向异性超疏水表面及其制备方法，简单易 行
[0006] 技术方案为：一种侣材各向异性超疏水表面的制备方法，包括下列步骤：
[0007] (1)定向结构构建：将侣或侣合金材料固定，先用工具进行定向粗打磨10-20次， 随后再同向进行定向细打磨10-20次；
[0008] (2)碱洗：把打磨后的试样先后分别在丙酬、酒精和去离子水中超声清洗干净，吹 干后浸入稀碱溶液中清洗，去离子水清洗，吹干后备用；
[0009] (3)纳米结构构建：在去离子水中加入表面活性剂和按质量分数0. 3-2%的Ξ乙 醇胺，加热煮沸后，放入打磨并碱洗后的试样，充分反应后，停止加热，待溶液冷却后，取出 试样，洗净吹干；
[0010] (4)化学改性：将试样浸泡在氣硅烷乙醇溶液中，水浴反应后用热乙醇清洗吹干， 最后置于烘箱中干燥，即制备出具有各向异性超疏水侣合金表面。
[0011] 步骤（1)中所述粗打磨工具包括150-240粒度的工业百洁布、80-400目的粗金相 砂纸、钢丝直径0. 3-0. 5mm的钢丝刷，所述细打磨工具包括320-1000粒度的工业百洁布、 600-1200目的金相砂纸、钢丝直径0.1-0.2mm的钢丝刷
[0012] 步骤（3)中表面活性剂的加入量为质量分数0. 01-1%。
[0013] 步骤（3)中所述的表面活性剂为非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、Tween 20、Span80或氣碳表面活性剂中的任一中或多种混合使用。
[0014] 所述的非离子表面活性剂为聚氧化乙基胺，阴离子表面活性剂为十二烷基硫酸钢
[0015] 所述的氣硅烷乙醇溶液的浓度为质量分数1. 0%。
[0016] 步骤（4)中水浴溫度为60°C，时间为30min。
[0017] 基于所述的侣材各向异性超疏水表面的制备方法的侣材各向异性超疏水表面，是 指沿着定向打磨方向，侣片具有超疏水性，接触角大于150°，滚动角小于10°，呈化ssie 复合态接触，而垂直于打磨方向，接触角无变化，但滚动角在10-20°之间，水滴更易于沿着 打磨时形成的条纹/凹槽的平行方向运动。
[0018] 有益效果
[0019] (1)粗打磨可制备较大尺寸的条纹/凹槽结构，细打磨一方面降低条纹/凹槽结构 尺寸，另一方面形成一些更细的条纹/凹槽结构，接着进行的碱洗不但可去除表面的氧化 皮和油污，活化表面，还可构建纳米凹坑结构，提高碱性沸水处理制备的纳米结构的机械稳 定性。
[0020] (2)粗磨、细磨、碱洗和弱碱煮各个工艺过程，均可在侣材表面形成不同尺度的粗 糖结构，从而获得了多级微纳复合结构，运使得试样沿着定向打磨方向，侣片具有超疏水 性，接触角大于150°，滚动角小于10°，呈化ssie复合态接触，而垂直于打磨方向，接触角 无变化，但滚动角在10-20°之间，水滴更易于沿着打磨时形成的条纹/凹槽的平行方向运 动；
[0021] (3)去离子水中加入弱碱性Ξ乙醇胺，可促进氧化过程，提高纳米结构的耐蚀性；
[0022] (4)去离子水中加入表面活性剂，可降低表面张力，增加试样与溶液的接触面积， 有利于纳米结构的生长；
[0023](5)本发明采用普通的具有粗糖面的工具，对侣材进行定向打磨，并进行简单的碱 洗和碱性沸水处理，即可获得各向异性粗糖结构，工艺简单，无污染，可大规模应用；
[0024] (6)可通过百洁布、砂纸或钢丝刷的型号调整，定向打磨时力度大小、定向打磨的 次数等来制备不同形貌的定向结构，也可同时应用与其它金属材料。
【附图说明】：
[00巧]图1为实验流程示意图。 阳0%] 图2为实例1中2024侣合金经80目砂纸定向粗打磨后的照片。
[0027] 图3为实例1中2024侣合金经80目砂纸定向粗打磨后再用600目细砂纸定向细 打磨后的照片。
[0028] 图4为实例1中2024侣合金沸水处理后的扫描电镜图。
[0029] 图5为实例1中2024侣合金表面改性后沿着定向打磨方向5μL水滴的静态接触 角照片。
[0030] 图6为实例1中2024侣合金表面改性后垂直于定向打磨方向5μL水滴的静态接 触角照片。
[0031] 图7为实例4中2024侣合金经240目工业用百洁布定向粗打磨后的照片。
[0032] 图8为实例4中2024侣合金经240目工业用百洁布定向粗打磨后再用400目工 业用百洁布细定向细打磨后的照片。 阳03引 图9为实例5中2024侣合金用直径为0. 32mm粗钢丝刷定向粗打磨后的照片。
[0034] 图10为实例5中2024侣合金直径为0. 32mm粗钢丝刷定向粗打磨后再用直径为 0. 18mm细钢丝刷定向细打磨后的照片。
【具体实施方式】
[0035] 一种侣材各向异性超疏水表面的制备技术，包括如下处理步骤：
[0036] (1)定向结构构建：将侣或侣合金材料固定，先用工具进行定向粗打磨10-20次， 随后再同向进行定向细打磨10-20次，所述粗打磨工具可W是150-240粒度的工业百洁 布，或80-400目的粗金相砂纸，或钢丝直径0. 3-0. 5mm的钢丝刷，所述细打磨工具可W是 320-1000粒度的工业百洁布，或600-1200目的金相砂纸，或钢丝直径0. 1-0. 2mm的钢丝刷， 不同类别的粗打磨和细打磨工具可交叉使用；
[0037] (2)碱洗：把打磨后的试样先后分别在丙酬、酒精和去离子水中超声清洗5min，吹 干后浸入浓度为0. 2mol/L的化0H溶液中60s，用去离子水清洗，吹干后备用；
[0038] (3)纳米结构构建：在去离子水中按质量分数质量分数0. 3-2%加入Ξ乙醇胺，加 入0. 01-1 %表面活性剂，加热煮沸后，放入打磨并碱洗后的试样，30-90min后，停