超高黏附性超疏水表面的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于特殊浸润性界面技术领域，涉及一种超高黏附性超疏水表面的制备方法。
技术背景
[0002]超疏水表面是指与水滴的接触角大于150°的表面，比如大自然中一些玫瑰花、荷叶、蝴蝶、壁虎、苍蝇、蝗虫、蜜蜂等等。在这许许多多的超疏水表面中，尤其以荷叶最为特殊，显示了不同寻常的超疏水性能和自清洁性能，这种现象称之为“荷叶效应”，是由于荷叶表面低表面能的蜡状物质和微纳米的粗糙结构共同作用的结果。不同与低黏附的超疏水荷叶表面，高黏附性超疏水表面具有较高的黏附力和摩擦力。由于表面黏附力的存在，在水滴与高黏附性超疏水表面的接触角大于150°的情况下，将表面倾斜90°或者180°，水滴仍能黏附在表面而不脱落。这些表面具有很强的黏附性，因而称之为高黏附超疏水表面。高黏附性超疏水表面虽然不具有自清洁功能，单从微米尺度上操纵液滴方面具有奇妙的应用，可以在微流体系统，液体无损转移和生物技术等方面发挥重大的作用。
[0003]目前对于高黏附超疏水表面的制备，主要是通过调节表面的微观结构，增大固液接触面积，提高水滴在表面的黏附力。或者是通过调节表面亲疏化学成分的比例，在表面引入一定比例的亲水点，增大水滴在表面的黏附力。近年来，科学家们通过很多方法制备出了高黏附性超疏水表面，但其制备过程复杂，制备周期较长而不易大规模生产，并且主要集中在极端高黏附超疏水表面的制备，对可控高黏附性超疏水表面的制备研宄极少。因此，在表面化学成分不变的前提下，通过简单的化学方法实现对高黏附超疏水表面形貌的控制，从而实现对高黏附超疏水表面的黏附性的有效调控，可以拓宽超疏水表面在实际生产生活中的应用，具有很好的商业化前景。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种超高黏附性超疏水表面的制备方法。
[0005]—、超尚黏附性超疏水表面的制备
本发明超尚黏附性超疏水表面的制备，是以七水合硫酸钻为反应底物，梓片为基底，水为溶剂，先通过化学沉积法使钴沉积在锌片表面；再将沉积钴的锌片浸泡到硬脂酸的无水乙醇溶液中，使得低表面能的硬脂酸接枝到钴表面，得到超疏水表面。其具体制备工艺为:先将锌片依次用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗，于硫酸钴水溶液中浸泡20~30 min，使钴沉积在锌片表面；取出并用去离子水和无水乙醇清洗、晾干；再于硬脂酸的无水乙醇溶液中浸泡30~40 min，然后用去离子水和无水乙醇清洗、晾干，即得超高黏附性能的超疏水表面。
[0006]所述硫酸钴水溶液的浓度为0.005-0.05 mo I/L ;硫酸钴水溶液与锌片的体积面积比为 5:1~10:1 mL/cm2。
[0007]所述硬脂酸的无水乙醇溶液中，硬脂酸的浓度为0.002-0.005 mo I/L ;硬脂酸的无水乙醇溶液与锌片的体积面积比为5:1-10:1 mL/cm2。
[0008]一、超尚黏附性超疏水表面的结构表征 1、X射线衍射(XRD)分析
图1为本发明所制备的超高黏附性超疏水表面的XRD谱图。从XRD的谱图可以看出，2 Θ =20.9。,32.5° ,33.7° ,37.0° 和 58.4。分别对应钴的(110)、(210)、(004)、(212)和(410)晶面衍射峰(JCPDS N0.65-9722) ο 而2Θ =36.0°、38.6°、42.9 °、54.0°和69.7。分别归属于锌基底的(002)、(100)、(101)、(102)和(103)晶面衍射峰(JCPDSN0.04-0831)。因此，在锌基底上成功的制备出了钴表面。
[0009]2、能谱(EDX)分析
图2为本发明制备的超高黏附性超疏水表面的EDX谱图。从能谱图中可以看出，在锌基底上制备的超疏水表面上主要含有碳、氧、钴和锌元素。谱图中所检测到的金元素，是因为样品做能谱分析时，经辉光放射喷金处理后留在了超疏水表面上。结合XRD分析，可以推断出锌片将硫酸钴溶液中的钴成功地置换并沉积在其表面上。
[0010]3、扫描电镜(SEM)分析
图3为本发明中不同浓度硫酸钴所制备的超疏水表面的SEM图。(a、b)0.005 mo I Γ1硫酸钴水溶液所制备的超疏水表面的SEM图，(c、d)0.01 mo I L—1硫酸钴水溶液所制备的超疏水表面的SEM图，(e、f) 0.05 mo I L—1硫酸钴水溶液所制备的超疏水表面的SEM图。其中，(a、c、e)是低倍数的SEM图，(b、d、f)是高倍数的SEM图。比较不同浓度的SEM图，可以看出沉积的钴表面是由许多的“鳞片”组成的，片与片之间有较多的不规则孔洞。通过肉眼可以看出，随着硫酸钴浓度的增加，这些“鳞片”的密度也在逐渐的增大，从而使得孔洞越来越多。从高倍数的SEM图中可以看出，钴表面中的“鳞片”厚度在10~50 nm之间。
[0011]二、超尚黏附性超疏水材料的润湿性能测试 1、接触角和黏附性分析
图4为本发明所制备超高黏附性超疏水表面对水滴的接触角和黏附量的光学照片。(a、d、g)为接触角，纳米级的“鳞片”经硬脂酸修饰后，对水滴的接触角均高于150°。(b、e、h)超疏水表面翻转180°时所悬挂最大体积的水滴，超疏水表面对水滴表现出了很强的黏附力，水滴可以牢牢地固定在其表面上，无论将该表面旋转至90°或180°，水滴都不会滚落或掉落下来。(c、f、i)超疏水表面倾斜30°时所黏附的最大体积的液滴，随着“鳞片”密度的增大，超疏水表面能够悬挂液滴的最大体积在不断增加。
[0012]图5为本发明所制备的超尚黏附性超疏水表面对水滴的黏附量图。从图5中可以看出，黏附量随着硫酸钴浓度的增大而呈增大趋势，并且同一浓度时，倾斜角度越大，黏附量越大。倾斜180°时，黏附量从8 μ L逐渐增大到24 μ L和28 μ L ;倾斜45°时，黏附量从14 μ L逐渐增大到36 μ L和40 yL ;倾斜30°时，黏附量从28 μ L逐渐增大到60 μ L和78 μ L0
[0013]图6为本发明所制备的超尚黏附性超疏水表面的黏附力图。从图6中可以看出，随着硫酸钴浓度的增大，黏附力从109.6 μ N逐渐增大到146.8 μ N和163.4 μ N。因此，超疏水表面对水滴的黏附量越来越大，这与图4和图5的结论相符合。
[0014]2、超尚黏附性超疏水表面的应用
图7为本发明所制备的超高黏附性超疏水表面的应用。将一滴20 μ L的水滴轻轻地滴在低黏附的超疏水表面上，然后用我们制备的超高黏附的超疏水表面轻轻地挤压水滴，水滴变形并最终黏附到超疏水表面上，然后轻轻地升高超疏水表面，水滴从低黏附的超疏水表面转移到超高黏附性超疏水表面上；接着让水滴与亲水的不锈钢块接触，水滴立刻从超高黏附的超疏水表