一种超疏水‑超疏油材料的制备方法与流程

本发明涉及一种新材料制备技术领域，具体为一种超疏水-超疏油材料的制备方法。

背景技术：

由自然界中的“荷叶效应”引发了人们对超疏水表面研究，在研究过程中人们发现超疏水材料表面具有自清洁、抗结冰结霜、耐腐蚀、减阻、高承载力等特性，在军事、通讯、能源、环境等领域都有着广泛的应用前景。但随着研究的深入，人们发现普通超疏水表面存在一些弱点，如：只具有超疏水而不具有超疏油性能的材料，在面对有油污的废水时，易被油污污染而丧失超疏水性能，使材料很快失去原有的优良性能。因此，制备的只具有超疏水性能的材料已不能满足工业发展的需求，制备出一种具有超疏水与超疏油双重性能的材料已成为一种研究趋势。

技术实现要素：

本发明的发明目的是针对以上问题，提供一种超疏水-超疏油材料的制备方法。

本发明的具体技术方案为：

一种超疏水-超疏油材料的制备方法，该方法包括如下步骤：该超疏水-超疏油材料以金属为基底，利用电沉积法赋予金属薄片微纳米粗糙结构镀层，再将其放入氟硅烷-乙醇溶液中浸泡修饰一段时间，取出烘干得到具有超疏水-超疏油性能的材料。

一种超疏水-超疏油材料的制备方法，该方法具体包括如下步骤：

a、基底预处理

将大小相同的铜片与金属片基底分别在丙酮、乙醇和去离子水中超声清洗，去除表面油污；然后将金属片用300目~1200目砂纸机械打磨物理抛光，再放入酸或碱溶液中化学抛光，去离子水冲洗干净，吹干备用；

b、电解液配制

在去离子水中，搅拌的同时依次加入一定量的镍盐，铜盐，次亚磷酸钠，柠檬酸，表面活性剂和导电物质，用碱性溶液将ph值调至5.0~6.0；

c、制备镀层

以铜片作阳极，金属薄片作阴极，放入电解液进行电镀；电流密度控制在

0.03a/cm²~0.10a/cm²，电沉积时间3~30分钟，阴极基底通过电沉积生长出有特殊微纳米粗糙结构的镀层；

d、修饰镀层

将制得的镀层浸泡在0.1wt%~1.5wt%长链烷基硅氧烷乙醇溶液中0.5h~5h,取出用30℃~80℃恒温烘箱烘干得到超疏水-超疏油材料。

该超疏水-超疏油材料的制备分为两步，第一步通过电化学沉积法赋予基体特殊微纳米粗糙结构的镀层；第二步将基体放入氟硅烷乙醇溶液中进行修饰得到超双疏表面材料。

所述的金属薄片为铝片、铁片、不锈钢片、锌片或钛片。

所述的电解液配置步骤中，镍盐为硫酸镍或卤化镍；铜盐为硫酸铜或氯化铜；表面活性剂为十二烷基硫酸钠或十二烷基苯磺酸钠；导电物质为硫酸钠或氯化钠；碱性溶液为氨水或氢氧化钠。

各化学试剂浓度为：镍盐：0.05~0.15m、铜盐：0.05~0.15m、次亚磷酸钠：0.01~0.05m、柠檬酸：0.01~0.10m、表面活性剂：0.5~0.15g/l、导电物质：0.06~0.12m。

所述长链烷基硅氧烷试剂为十二烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷以及十八烷基三甲氧基硅烷中的任意一种或几种的混合物。

本发明的积极效果体现在：

（一）、制备方法简单，耗时短，实验参数可控，且材料的性能稳定、持久。

（二）、具有广阔的市场，可用于环保领域多个方面。

附图说明

图1为实施例1中制备得到的超疏水-超疏油材料表面的扫描电子显微镜照片。

图2为实施例1中制备得到的超疏水-超疏油材料表面水滴和油滴测试照片。左侧液滴为水，右侧液滴为油。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步说明，但不限制本发明的保护范围。

实施例1：

a、基底预处理：将铜片、铝片剪成5cm×3.5cm×0.1cm大小，分别在丙酮、乙醇和去离子水中超声清洗15min，去除表面油污。然后将金属片分别用300目、600目和1200目砂纸打磨抛光，再放入2mol/l氢氧化钠中化学抛光5min，去离子水冲洗干净，吹干备用；

b、电解液配制：在100ml去离子中，搅拌同时依次加入0.1m六水硫酸镍，0.0625m五水硫酸铜、0.10m硫酸钠、0.025m次亚磷酸钠、0.05m柠檬酸、0.012g十二烷基硫酸钠剂、25wt%的氨水将将溶液ph值调至5.5。

c、制备镀层：以铜片作阳极，金属薄片作阴极，加入电解液进行电镀；电流密度控制在0.06a/cm²，电沉积时间10min，阴极基底通过电沉积生长出有特殊微纳米粗糙结构的镀层。

d、修饰镀层：将制得的镀层浸泡在0.8wt%十二烷基三甲氧基硅烷乙醇溶液中反应3h，取出在60℃恒温烘箱烘干得到超疏水-超疏油材料。

实施例2：

a、基底预处理：将铜片、不锈钢片剪成5.2cm×3.5cm×0.1cm大小，分别在丙酮、乙醇和去离子水中超声清洗15min，去除表面油污。然后将金属片分别用300目、600目和1200目砂纸打磨抛光，再放入8mol/l盐酸中化学抛光2min，去离子水冲洗干净，吹干备用；

b、电解液配制：在100ml去离子中，搅拌同时依次加入0.15m氯化镍，0.05m氯化铜、0.06m氯化钠、0.05m次亚磷酸钠、0.01m柠檬酸、0.015g十二烷基硫酸钠、0.1m的氢氧化钠将溶液ph值调至5。

c、制备镀层：以铜片作阳极，金属薄片作阴极，加入电解液进行电镀；电流密度控制在0.03a/cm²，电沉积时间30min，阴极基底通过电沉积生长出有特殊微纳米粗糙结构的镀层。

d、修饰镀层：将制得的镀层浸泡在0.1wt%十八烷基三甲氧基硅烷乙醇溶液中反应5h，取出在60℃恒温烘箱烘干得到超疏水-超疏油材料。

实施例3：

a、基底预处理：将铜片、钛剪成5.2cm×3.5cm×0.1cm大小，分别在丙酮、乙醇和去离子水中超声清洗15min，去除表面油污。然后将金属片分别用300目、600目和1200目砂纸打磨抛光，再放入2mol/l氢氟酸中化学抛光5min，去离子水冲洗干净，吹干备用；

b、电解液配制：在100ml去离子中，搅拌同时依次加入0.05m六水合硫酸镍，0.15m五水合硫酸铜、0.12m硫酸钠、0.01m次亚磷酸钠、0.1m柠檬酸、0.005g十二烷基苯磺酸钠、25%的氨水将溶液ph值调至6。

c、制备镀层：以铜片作阳极，金属薄片作阴极，加入电解液进行电镀；电流密度控制在0.1a/cm²，电沉积时间3min，阴极基底通过电沉积生长出有特殊微纳米粗糙结构的镀层。

d、修饰镀层：将制得的镀层浸泡在1.5wt%十六烷基三甲氧基硅烷和0.1%十八烷基三甲氧基硅烷的乙醇溶液中反应0.5h，取出在60℃恒温烘箱烘干得到超疏水-超疏油材料。

实施例4：

与实施例1条件相同，但电解液中只加入硫酸铜或硫酸镍一种金属离子，其余步骤完全一致。其结果是只加硫酸镍电沉积的镀层表面经测试水接触角为90.1°，达不到超疏水。只加硫酸铜电沉积的镀层表面经测试水接触角为152.7°，虽然呈现出超疏水油却不超疏油，主要原因在我们只加入一种金属离子进行沉积时，只有一种固定结构在生长，而我们同时沉积两种甚至更多，每种物质生成速度或生长方式不一样导致最终表面结构不一样，形成特殊粗糙结构，从而能超疏水同时超疏油。

实施例5：

与实施例1条件相同，但将电解液中的六水硫酸镍浓度换成0.01m。其余步骤完全一致。其结果是电沉积后镀层表面经测试超疏水却不超疏油。其主要原因是电解液中六水硫酸镍的浓度过低，主要还是铜沉积不能生长出向实施例1中特殊的微纳米粗糙结构，因此不能同时达到超疏水-超疏油，只有当我们把铜镍离子比例控制在一定范围之内才能生成特殊的微纳米粗糙结构从而实现超双疏。

实施例6：

与实施例1条件相同，但将沉积过后的铝片浸泡在0.1wt%十八烷基三甲氧基硅烷乙醇溶液中反应10min，其余步骤完全一致。其结果是电沉积后镀层表面水接触角约为120°，油滴能黏附在镀层上，不能达到超疏水-超疏油效果。主要原因是虽然阴极基底电沉积生长出特殊微纳米粗糙结构的镀层，当镀层浸泡在低表面能物质中反应时间过短，镀层的表面没有与十八烷基三甲氧基硅烷乙醇溶液反应充分，没有足够低的表面能。

实施例7：

与实施例1条件相同，但电沉积时间1h，其余步骤完全一致。其结果是电沉积后镀层表面局部达到超疏水-超疏油效果。主要原因是当电解液浓度配比与电流密度控制适当时，电沉积时间过长，导致最初形成的微纳米粗糙结构被覆盖，并且出现结构松散的细小颗粒沉积在表面，很容易掉落机械强度低，表面形貌很容易被破环，部分表面能表现出超疏水-超疏油的效果。