一种铝基抗腐蚀、抗微生物附着超疏水膜及其制备方法与流程

本发明属于金属表面处理技术领域，具体涉及一种铝基抗腐蚀、抗微生物附着超疏水膜及其制备方法。

背景技术：

铝是地壳中含量最丰富的金属元素，具有密度轻、比强度高、导电导热能力强等优异特性，在船舶舰艇、航空航天、汽车制造等领域得到了广泛应用。然而，由于铝的化学活性高，其天然氧化膜疏松，所以其耐蚀性较差一直是制约其性能发挥的重要因素。

受自然界生物体表界面特性的启发，超疏水表面是近年来新兴的一类仿生功能材料。通过微纳多级结构的构建和表面能的降低，能够获得具有自清洁、防腐蚀、防结霜、油水分离等优异特性的材料。铝材表面超疏水膜的构建为解决基材耐蚀性差等问题提供了一种有效的解决方案，但目前的制备手段大部分都需要昂贵的原材料和设备、苛刻的条件和复杂的工艺路线，不利于大面积制备和推广应用。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种工艺简单、成本低廉、应用范围广的铝基抗腐蚀、抗微生物附着超疏水膜及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用技术方案为：

一种抗腐蚀、抗微生物附着超疏水膜的制备方法，将经抛光前处理后的铝基材洗净后置于水热反应釜中在氨水溶液存在下，恒温密闭进行水热反应，反应后洗净；再采用含全氟癸基三乙氧基硅烷的乙醇溶液对基材进行低表面能分子修饰，即可获得超疏水膜。

所述水热反应为将抛光后的铝片垂直放入呈有氨水溶液的反应釜中，经密封后于80-100℃恒温反应2-20h，反应后取出基材依次用去离子水和乙醇洗涤，待用。

所述氨水溶液的浓度为1-5％(体积比)，所述铝基材浸泡于氨水溶液中。

所述低表面能分子修饰为将经水热反应后试样浸泡在癸基三乙氧基硅烷的乙醇溶液中，浸泡5-120min(一般于室温下浸泡)对基材进行低表面能分子修饰，而后取出在100-180℃恒温烘干后即可获得超疏水膜。

所述含全氟癸基三乙氧基硅烷的乙醇溶液的溶度中含0.5-5wt％的全氟癸基三乙氧基硅烷。

所述铝基材的抛光前处理为将试样依次置于乙醇、去离子水中分别超声15-30min，随后采用电化学手段在高氯酸/乙醇溶液中对铝材进行抛光处理，抛光处理后依次采用乙醇、去离子水洗涤待用。

所述高氯酸/乙醇抛光液中高氯酸与乙醇的体积比为3-4:1，抛光电压为15-30v，抛光时间为1-4min，初始抛光温度为3-5℃。

一种制备方法获得抗腐蚀、抗微生物附着超疏水膜，按所述的方法制备获得于铝基材表面形成抗腐蚀、抗微生物附着的超疏水膜。

一种抗腐蚀、抗微生物附着超疏水膜的应用，所述超疏水膜在抗腐蚀、抗微生物附着中的应用。

相比于其它技术，本发明的有益效果：

1)本发明采用湿法刻蚀法构建表面微纳多级结构，工艺简单，基材适用性强，使用的原材料成本低廉，便于大面积制备及应用；

2)本发明制备得到的铝基超疏水膜具有很低的表面黏附力，具有良好的自清洁特性及抗腐蚀、抗微生物附着性能，这将大幅增加铝基超疏水膜在海洋或大气等腐蚀环境下的应用可能性，为轻金属材料所面临的耐蚀性不足和海洋微生物粘附及污损等问题提供有效的解决手段。

附图说明

图1为本发明实施例提的超疏水aa5083铝合金表面的静态接触角。

图2为本发明实施例提的超疏水aa5083铝合金与空白试样的能奎斯特图。

图3为本发明实施例提的未经处理的空白试样在硫酸盐还原菌(srb)培养基溶液中浸泡3天后的表面荧光照片。

图4为本发明实施例提的超疏水aa5083铝合金试样在硫酸盐还原菌(srb)培养基溶液中浸泡3天后的表面荧光照片。

具体实施方式

下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明：本实施方式记载的是一种铝基抗腐蚀、抗微生物附着超疏水膜的制备方法，具体步骤如下：首先采用电化学手段对铝材进行抛光前处理，并用乙醇和去离子水超声洗净；然后将抛光后的铝片垂直放入含有一定浓度氨水溶液的水热反应釜中，恒温箱密闭反应一段时间后将试样取出并用乙醇洗净；最后采用全氟癸基三乙氧基硅烷的乙醇溶液进行低表面能分子修饰，在一定温度下加热烘干即可获得超疏水膜。

实施例1：

将aa5083铝合金分别置于乙醇、去离子水中分别超声15min，随后采用电化学手段在体积比为4:1高氯酸/乙醇溶液中对铝材进行抛光处理，抛光电压为20v，抛光时间为3min，初始抛光温度为4℃。抛光处理后依次经乙醇、去离子水清洗，洗净表面残留的电解液后待用；将抛光后的铝片垂直放入水热反应釜，配制浓度为2％(体积比)的氨水溶液倒入水热反应釜中浸没试样，经密封后置于恒温箱中，在90℃温度下反应5h后将铝片取出并依次用去离子水、乙醇清洗；配制浓度为1％的全氟癸基三乙氧基硅烷的乙醇溶液，磁子搅拌混匀后将试样置于该溶液中，浸泡10min后取出放入坩埚中，在恒温箱120℃温度下加热烘干后即可获得超疏水膜。对获得超疏水膜的静态接触角进行测定，静态接触角为167.8°(参见图1)。

而后将上述表面附有超疏水膜的基材和空白基材分别在3.5wt.％的氯化钠水溶液中进行三电极体系电化学测试，在开路电位(ocp)稳定后测试试样的电化学阻抗谱，测试频率为10⁵hz-10^-2hz，测试面积为1cm²，得到能奎斯特图参见图2。此外，将空白基材和超疏水基材分别置于硫酸盐还原菌的培养基溶液中浸泡3天，随后采用吖啶橙溶液进行染色处理，随后置于荧光显微镜下进行观察，空白aa5083和超疏水aa5083基材的荧光照片参见图3和图4。图4与图3相比，相较于空白aa5083，覆盖有超疏水膜的aa5083表面的srb覆盖率大幅降低。

电化学测试拟合结果显示，空白aa5083基体的电荷转移电阻为8.67×10³ω·cm²，而超疏水aa5083基体的电荷转移电阻增加了三个数量级，达到4.17×10⁶ω·cm²，按照缓蚀效率η＝(r超疏水-r空白)/r超疏水可计算得到该超疏水膜的缓蚀效率高达99.79％，展现出良好的抗腐蚀特性。通过imagej软件分析在硫酸盐还原菌(srb)培养基溶液中浸泡3天后空白基材和超疏水aa5083表面的srb覆盖率，结果显示，srb在空白基材上的覆盖率约为11.99％，而在超疏水膜表面的覆盖率仅为0.015％，展现出优异的抗微生物附着的性能。

技术特征：

技术总结
本发明属于金属表面处理技术领域，具体涉及一种铝基抗腐蚀、抗微生物附着超疏水膜及其制备方法。将经抛光前处理后的铝基材洗净后置于水热反应釜中在氨水溶液存在下，恒温密闭进行水热反应，反应后洗净；再采用含全氟癸基三乙氧基硅烷的乙醇溶液对基材进行低表面能分子修饰，即可获得超疏水膜。本发明工艺简单、成本低廉、应用范围广，制备得到的铝基超疏水膜表面黏附力低，具有良好的自清洁特性及抗腐蚀、抗微生物附着性能。

技术研发人员：张斌斌;徐玮辰;李红玲;段继周;侯保荣
受保护的技术使用者：中国科学院海洋研究所
技术研发日：2018.12.03
技术公布日：2019.02.15