一种无低表面能物质改性的超疏水表面及其制备方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种无低表面能物质改性的超疏水表面的制备方法。
【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(如蝉、蝴蝶翅膀等）的超疏水特性。通过 大量的研究可以发现，自然界超疏水表面这些表面的微观结构虽然略有不同，但都具有二 元微纳米粗糙微观的结构，从而证明了超疏水表面的特殊性与二元微纳米粗糙结构和低表 面能材料涂层有直接关联。因而在低表面能物质上构建粗糙表面和在粗糙的表面结构上修 饰低表面能的物质，是研制仿生超疏水性表面的必要途径，而金属是本征亲水的，所以其制 备超疏水表面只能通过在表面构建微纳米的复合的二维粗糙结构，再利用低表面能的物质 进行改性。例如A. Saf aee报导了把清洗干净的铜片投入到低浓度的AgN03溶液中一定时间 后，再利用硬脂酸进行表面改性，成功的制备出静态接触角为156°，滚动角在4.1°的超疏水 金属铜表面[A.Safaee.et al.Applied Surface Science.2008,254.249311^1^10111^等人 把锌箱或是铜箱放入0.0lmol/L的AgN0 3中20s或是0.004mol/L的HAuCU溶液中60s，然后再 利用1H，1H，2H，2H-全氟癸硫醇进行表面改性，成功制备出锌箱或是铜箱的金属超疏水表面 [Iain A · Larmour · Angew · Chem · 2007，119 · 1740]。同样Cao等人也报导了把用盐酸清洗干净 的铜片放入0.03mo VL的[Ag (NH3) 2 ] 0H溶液中6h，可制备出静态接触角大于150°的铜表面 [Zongwei Cao. Chem. Commun，2008，2692 ]。因而利用金属间的化学还原反应制备出Ag或是 Au纳米膜层的超疏水的表面的报导已很常见，但制备时不用人为的利用低表面能物质修饰 就可以达到超疏水的报导还很少见。
【发明内容】
[0003] 本发明提供一种无低表面能物质改性的超疏水表面的制备方法，简单有效、成本 低廉。
[0004] 本发明的技术方案为:一种无低表面能物质改性的金属超疏水表面，先利用电化 学沉积的方法在金属表面沉积具有锥状微纳结构Ni-Co合金，然后再利用化学还原法，在 Ni-Co微纳锥表面沉积Ag纳米膜层，在空气中放置3~7天通过碳氢元素吸附即获得无低表 面能物质改性的金属超疏水表面。
[0005] 制备所述的无低表面能物质改性的金属超疏水表面的方法，先利用电化学沉积的 方法在金属表面沉积具有锥状微纳结构Ni-Co合金，然后再利用化学还原法，在Ni-Co微纳 锥表面沉积Ag纳米膜层，在空气中放置3~7天通过碳氢元素吸附即获得无低表面能物质改 性的金属超疏水表面。
[0006] 制备无低表面能物质改性的金属超疏水表面的方法，具体步骤为：
[0007] (1)表面预处理:将金属样品进行高能喷丸处理，随后超声清洗烘干备用；
[0008] (2)电化学沉积：以纯镍板为阳极，金属样品为阴极，放入电镀液中，通过电化学沉 积在样品表面获得Ni-Co微纳复合结构，取出后去离子水清洗，冷风吹干后备用；
[0009] (3)化学还原:把电镀好的样品放入AgN〇3溶液，在Ni-Co微纳复合结构表面还原反 应获得Ag纳米膜层，化学镀后的试样用去离子水清洗干净后冷风吹干；
[0010] (4)将试样静置在湿度50-80 %，温度20-35°C的开放环境中，3-7天后，即获得无低 表面能物质改性的金属超疏水表面。
[0011] 步骤（1)中喷丸处理时候，喷丸目数为300-400目，气流压力为0.5-lMPa，喷射时间 为0.5-2min;所述喷丸是棕刚玉、金刚砂和石英石中的任一种或任几种的混合物。
[0012]步骤（2)所述的电镀液为 150-300g/L NiCl2 · 6H20、30-60g/L CoCl2 · 6H20、25-40g/L H3B〇3和50-130mL/L乙二胺，电镀液pH为3 · 5-4 · 5，电镀时温度控制在55~65°C，阴极 电流密度控制在1~5A/dm2,电镀时间8~15min。
[0013] 步骤⑶所述的AgN03浓度为2~4mmol/L，化学镀的温度为25~35°C，时间为120~ 200s 〇
[0014] 有益效果：
[0015] (1)本发明利用传统的、较为成熟的电镀和化学还原技术，工艺简单、设备要求低； 先利用电化学沉积的方法在金属表面沉积具有微纳结构针状的Ni-Co,然后再利用化学置 换反应的方法在优先在微纳针状的Ni-Co的顶端通过化学还原反应制备银膜，在无需低表 面能物质表面改性仅在空气中放置3~7天即可制备出超疏水的表面。
[0016] (2)本发明所述方法对基体要求低，可在金属或是其它导电材料上进行制备；
[0017] (3)高能喷丸前处理不仅能提高电镀时Ni-Co合金与基体的结合力，同时也在一定 程度提高了表面的粗糙程度；
[0018] (4)通过电镀液配方、电镀工艺、化学还原配方和工艺，可有效调控表面微纳结构；
[0019] (5)与单独电镀或化学还原的表面相比，本发明采用的电镀后再化学还原银膜制 备的样品，不但接触角可高达158°，滚动角还小于5°，显示出优异的低粘附超疏水性。单独 电镀Ni-Co样品表面，空气中静置3-7天后试样水滴的最大静态接触角能达到150°以上，但 滚动角始终大于50°，显示出高粘附性。单独采用本发明所述的化学还原银膜制备技术，样 品表面接触角始终小于90°。
[0020] (6)本发明所述方法制备的样品仅需在空气中放置一定时间，即可通过碳氢元素 吸附，获得超疏水性，无需低表面能物质修饰，与常规超疏水表面制备技术不同，避免了低 表面能有机物的使用。
【附图说明】：
[0021] 图1为实施例1中试样高能喷丸处理后的扫描电镜图片。
[0022] 图2为实施例1中试样电化学沉积Ni-Co后的扫描电镜图片。
[0023] 图3为实施例1中试样化学还原银膜后表面复合结构的扫描电镜图片。
[0024]图4为实施例1中局部能谱分析。
[0025] 图5为实施例2中试样静置空气后表面5yL水滴的形态。
【具体实施方式】
[0026] 所述的无低表面能物质改性的超疏水表面的制备方法，包括下列步骤：
[0027] (1)表面预处理:将金属样品进行高能喷丸处理，喷丸目数为300-400目，气流压力 为0.5-lMPa，喷射时间为0.5-2min，所述喷丸可以是棕刚玉、金刚砂和石英石中的一种或两 种及其以上的混合物，随后分别用3-10g/L的NaOH溶液、丙酮、乙醇和去离子水先后20kHz频 率超声清洗5_10min，150°C烘干30min，备用；
[0028] (2)电化学沉积：以纯镍板为阳极，金属样品为阴极，放入电镀液中，调整电镀液成 分配比、pH值、温度、阴极电流密度和电镀时间，在样品表面获得Ni-Co微纳复合结构，取出 后去离子水清洗，冷风吹干后备用；
[0029] (3)化学还原银膜:把电镀好的样品放入AgN03溶液，控溶溶液的温度和化学镀的 时间，在Ni-Co微纳复合结构表面覆盖Ag纳米膜层，化学镀后的试样用去离子水清洗干净后 冷风吹干；
[0030] (4)将试样静置在湿度50-80 %，温度20-35°C的开放环境中，3-7天后，即可获得无 需低表面能物质改性的金属超疏水表面。
[0031] 步骤2所述的电镀液为 150-300g/L NiC