一种具有冷凝液滴自弹跳特性的锌基超疏水表面制备方法与流程

本发明涉及超疏水表面的制备，具体的说是一种具有冷凝液滴自弹跳特性的锌基超疏水表面制备方法。

背景技术：

润湿性能是固体表面的一个重要特征，一般认为，水在固体表面的接触角大于150°，该表面呈超疏水状态。自然界的荷叶表面是一个典型的超疏水范例。在荷叶表面，水滴可以自由滚动，并且在滚动时可以将附着在表面上的灰尘等污染物带走，从而使表面保持清洁。然而，这种液滴从超疏水表面脱离的方式需要在风、重力等外力作用下才可以实现。实际中发现，在部分超疏水表面，冷凝所致的液滴在合并过程中，可以不需依赖任何外力作用，进而从表面脱离。液滴从超疏水表面的脱离行为特性被称为液滴自弹跳特性，是液滴从超疏水表面脱离的一种新途径，在金属防腐蚀、防霜抗冰、强化冷凝传热及自清洁等领域具有一定的应用前景。但并不是所有的超疏水表面都具有液滴自弹跳特性，部分超疏水表面在冷凝过程中由于液滴没能及时弹走会使得超疏水膜层性能大幅下降。所以，制备一种具有自弹跳特性的超疏水表面具有重要意义。

如cn106634067a公开了一种具有冷凝微滴自弹跳特性的超疏水涂层制备方法，该方法涉及超疏水涂料的制备。然而，在金属基体上直接制备超疏水自弹跳特性的表面更为简单易操作、便于实现规模化应用；加之金属的广泛应用，在金属基体上制备具有自弹跳特性的超疏水表面能赋予金属更多优异的性能从而拓展更多的用途。金属锌具有良好的常温机械性能、耐磨性、抗腐蚀性等优点，主要以镀锌、锌基合金、氧化锌形式广泛应用于汽车、船舶、电池等各行业。目前，在锌表面制备超疏水表面的报道很多(如cn103157590a、cn104846376a)，但是在锌表面直接制备具有自弹跳特性的超疏水表面鲜有报道。因此，本发明提出一种能在锌表面直接制备具有自弹跳特性的超疏水表面的方法。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种具有冷凝液滴自弹跳特性的锌基超疏水表面制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种具有冷凝液滴自弹跳特性的锌基超疏水表面制备方法：将清洗后的锌试样浸泡在过量的锌盐和强碱的低温混合液中进行沉积，取出后浸泡于过量的含全氟硅烷的乙醇溶液中，再次取出后进行加热处理，待冷却后即可在锌试样上获得具有冷凝液滴自弹跳特性的超疏水表面。

所述锌试样清洗是指依次用乙醇、去离子水清洗锌试样表面，氮气吹干待用。

所述将清洗后的锌试样浸泡在过量的锌盐和强碱的低温混合液中沉积4-5小时，混合液温度控制在4-8℃；所述低温混合液中锌盐和强碱摩尔比为1:7-9，其中，锌盐为硝酸锌或氯化锌，强碱为氢氧化钾或氢氧化钠。

所述取出沉积后的锌试样浸泡于过量的含1-3vol.％全氟硅烷的乙醇溶液中5-8分钟。

所述锌试样浸泡后再次取出在120-150℃开放环境中加热处理10-15分钟，待冷却后即可在锌试样上获得具有冷凝液滴自弹跳特性的超疏水表面。

所述全氟硅烷为1h,1h,2h,2h-全氟癸基三乙氧基硅烷、三乙氧基-1h,1h,2h,2h-全氟癸基硅烷、全氟辛基乙基三乙氧基硅烷或1h,1h,2h,2h-全氟十七烷三甲基氧硅烷。

相对于现有技术，本发明具有如下优点：

(1)本发明在锌表面制备具有冷凝液滴自弹跳特性的超疏水表面，其操作简单易行，不需要昂贵的设备，所用试剂无环境危害。所制备的超疏水表面可望应用于金属防腐蚀、防霜抗冰、强化冷凝传热及自清洁等领域。

(2)本发明公开一种具有冷凝液滴自弹跳特性的锌基超疏水表面制备方法。将清洗过的锌试样浸泡在过量硝酸锌和氢氧化钾的低温混合溶液中沉积4-5小时，经修饰后锌试样表面具有冷凝液滴自弹跳特性；沉积时间不在4-5小时范围内的锌试样经修饰后表面不具有冷凝液滴自弹跳特性。

附图说明

图1为本发明实施例1中在锌试样上制备的超疏水表面的水滴接触角照片图。

图2为本发明实施例1中在锌试样上制备的超疏水表面的冷凝液滴合并弹跳过程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的解释说明。

实施例1

(1)依次用乙醇、去离子水清洗锌试样表面，氮气吹干待用。

(2)将上述清洗过的锌试样浸泡在过量的0.5m硝酸锌和4.0m氢氧化钾(硝酸锌和氢氧化钾摩尔比为1:8)的温度控制在4℃的低温混合溶液中，沉积4小时。

(3)将沉积后的锌试样浸入过量的含1vol.％1h,1h,2h,2h-全氟癸基三乙氧基硅烷的乙醇溶液中5分钟，取出后在120℃的开放环境中加热处理10分钟。

处理后，所得锌试样表面的水滴接触角照片示于图1，锌试样表面呈现超疏水特性，接触角为169°。合并的冷凝液滴会从超疏水表面消失，证明会发生自弹跳行为，结果示于图2。

实施例2

(1)依次用乙醇、去离子水清洗锌试样表面，氮气吹干待用。

(2)将上述清洗过的锌试样浸泡在过量的0.5m硝酸锌和4.0m氢氧化钾(硝酸锌和氢氧化钾摩尔比为1:8)的温度控制在4℃的低温混合溶液中，沉积6小时。

(3)将沉积后的锌试样浸入过量的含1vol.％1h,1h,2h,2h-全氟癸基三乙氧基硅烷的乙醇溶液中5分钟，取出后在120℃的开放环境中加热处理10分钟。

处理后，所得锌试样表面呈现超疏水特性。合并的冷凝液滴不会从超疏水表面消失仍然滞留在超疏水表面，证明不会发生自弹跳行为。

所述1h,1h,2h,2h-全氟癸基三乙氧基硅烷还可由三乙氧基-1h,1h,2h,2h-全氟癸基硅烷、全氟辛基乙基三乙氧基硅烷或1h,1h,2h,2h-全氟十七烷三甲基氧硅烷进行替换同样可在基体上获得具有冷凝液滴自弹跳特性的超疏水表面。

技术特征：

技术总结
本发明涉及超疏水表面的制备，具体的说是一种具有冷凝液滴自弹跳特性的锌基超疏水表面制备方法。将清洗后的锌试样浸泡在过量的锌盐和强碱的低温混合液中进行沉积，取出后浸泡于过量的含全氟硅烷的乙醇溶液中，再次取出后进行加热处理，待冷却后即可在锌试样上获得具有冷凝液滴自弹跳特性的超疏水表面。本发明操作简单易行，不需要昂贵的设备，所用试剂无环境危害。所制备的超疏水表面可望应用于金属防腐蚀、防霜抗冰、强化冷凝传热及自清洁等领域。

技术研发人员：王鹏;张盾;陈勇;李天平
受保护的技术使用者：中国科学院海洋研究所
技术研发日：2018.08.22
技术公布日：2018.12.07