The invention relates to a stable superhydrophobic metal surface with three-dimensional three-stage Micro-Nanostructure and a preparation method thereof, belonging to the technical field of structured functional surface. The metal surface contains three-level micro-nanostructure, which is based on the three-dimensional micro-cone structure distributed on the surface of the metal substrate. On the surface of the micro-cone, there are one-dimensional nanorods, nanotubes or two-dimensional nanosheets which are radiatively densely grown. On the surface of the micro-cone and between the micro-cone and the micro-cone, there are micro-spheres or micro-flowers. The preparation method is a combination of ultra-fast laser ablation and chemical oxidation method, which is chemically modified by low free energy surface to achieve high stability, superhydrophobic and self-cleaning function. The contact angle can withstand up to 1400Pa Laplacian pressure and still maintain more than 150 degrees. This method has the advantages of high efficiency, controllability and suitable for large area preparation. It can be widely used in superhydrophobic self-cleaning, anti-icing, anti-corrosion, anti-fouling, anti-bacterial, catchment, drag reduction, oil-water separation and other fields.
【技术实现步骤摘要】
一种三维三级微纳结构的稳定超疏水金属表面及制备方法
本专利技术涉及一种三维三级微纳结构高稳定超疏水金属表面及其制备方法,具体涉及一种具有三级微纳结构复杂性、架构可控性和高Cassie状态稳定性的超疏水金属表面结构及其超快激光烧蚀结合化学氧化的复合制备方法,属于功能材料及其制备
技术介绍
神奇的大自然在长期的生物进化中形成了很多奇特的现象,其中之一便是超疏水现象,常见的天然超疏水表面包括荷叶、蚊子复眼、蝴蝶翅膀等。水滴在这些超疏水表面呈现Cassie状态,即表现出大于150°的接触角以及小于10°的滚动角,且能够以球状在超疏水表面自由滚动,从而带走表面的灰尘,实现所谓的自清洁功能,Cassie状态也即自清洁状态。超疏水表面的独特性能使其在国防、科研、工业生产和日常生活中的多个领域具有广泛的应用前景,包括抗结冰、抗腐蚀、抗污、抗菌、集水、减阻、油水分离等。荷叶表面或者人工超疏水表面自清洁的基本机理一般由Cassie方程来解释,在文献“WenzelRN.Resistanceofsolidsurfacestowettingbywater.IndEngChemRes,1936,28:988-994”和“CassieABD,BaxterS.Wettabilityofporoussurfaces.TransFaradaySoc,1944,40:546-551”中,Wenzel和Cassie改进了杨氏方程,分别提出了Wenzel状态方程cosθ=rcosθ0(其中,r是固体表面的粗糙度;θ0是固体表面的本征接触角;θ是固体表面的表观接触角)和Cassie状态方程 ...
【技术保护点】
1.一种三维三级微纳结构的稳定超疏水金属表面,其特征在于:所述的超疏水金属表面含有三级微纳结构;该三级微纳结构以密集且周期分布在金属基材表面的三维微米锥结构为基础,在微米锥表面分布有呈辐射状密集生长的一维纳米棒、纳米管和二维纳米片中的一种或几种;且在微米锥表面或在微米锥与微米锥之间弥散分布有微米球和微米花中的一种或两种。
【技术特征摘要】
1.一种三维三级微纳结构的稳定超疏水金属表面,其特征在于:所述的超疏水金属表面含有三级微纳结构;该三级微纳结构以密集且周期分布在金属基材表面的三维微米锥结构为基础,在微米锥表面分布有呈辐射状密集生长的一维纳米棒、纳米管和二维纳米片中的一种或几种;且在微米锥表面或在微米锥与微米锥之间弥散分布有微米球和微米花中的一种或两种。2.如权利要求1所述的一种三维三级微纳结构的稳定超疏水金属表面,其特征在于:所述微米花和微米球分别由纳米带状结构和片状结构堆叠生长而成。3.如权利要求1所述的一种三维三级微纳结构的稳定超疏水金属表面,其特征在于,所述的一维纳米棒和纳米管的直径为10~500nm,长度为500nm~30μm;所述二维纳米片的长度为1nm~2μm、宽度为1nm~2μm;所述微米球和微米花的直径为500nm~10μm。4.如权利要求1、2或3所述的一种三维三级微纳结构的稳定超疏水金属表面,其特征在于,所述三维微米锥结构的内部化学成分为金属,表层为对应的金属氧化物。5.如权利要求1、2或3所述的一种三维三级微纳结构的稳定超疏水金属表面,其特征在于,所述一维或二维纳米结构的成分为金属氧化物或氢氧化物,所述微米球和微米花的成分为金属氧化物。6.如权利要求1任一权利要求所述的一种三维三级微纳结构的稳定超疏水金属表面,其特征在于,所述密集且周期分布在金属基材表的三维微米锥结构的高度为20~90μm,底部直径为30~60μm,周期为30~120μm。7.如权利要求1所述的一种三维三级微纳结构的稳定超疏水金属表面的制备方法,其...
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