一种金属基底超疏水膜层的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种在金属基底表面制备超疏水膜层的方法。本发明专利技术采用一步溶剂热法在金属基底表面制备了疏水性的微纳米层级结构。将清洗干净的金属基底置于装有浓度为0.01～0.05 mol/L的硝酸锌和0.01～0.05 mol/L硬脂酸的二甲基甲酰胺混合溶液的反应釜中，即可在金属基底表面制备超疏水膜层。该方法操作简单、使用原料环境污染小，廉价易得。所制备的超疏水膜层可用于金属防腐、自清洁和抗结冰等领域。

A preparation method of superhydrophobic film on metal substrate

【技术实现步骤摘要】
一种金属基底超疏水膜层的制备方法
本专利技术属于金属材料表面处理及改性
，特别涉及一种金属基底超疏水膜层制备方法。
技术介绍
金属作为重要的工程材料以其独特的性能优势在人类社会中发挥着重要的、不可替代的作用。超疏水表面（水的接触角大于150°且滚动角小于10°的表面）由于在自清洁、抗腐蚀、抗结冰、油水分离、流体输运等领域的突出表现，近年来引起人们的广泛关注。通常认为，材料表面的润湿性主要由表面的微观结构和化学组成决定，因此超疏水金属表面的制备通常包含了两个步骤，即合适粗糙度的微-纳米结构的构筑和低表面能物质修饰。此外，低表面能物质修饰常常通过使用对环境有害的含氟硅烷来实现。目前特殊润湿性金属表面的制备过程涉及了对环境有害化学试剂的使用，并且制备步骤繁琐、操作复杂，这无疑限制了特殊润湿性金属表面的广泛应用。因此，探索一种操作简单、对环境友好的制备方法无论对理论研究还是生产应用都具有重要意义。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的不足，本专利技术提出了一种操作简单、环境友好的金属基底超疏水的制备方法。本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种金属基底超疏水膜层的制备方法，包括如下步骤：（1）基底清洗：将经过打磨的金属基材依次使用乙醇、去离子水超声清洗，氮气吹干；（2）前驱体溶液的配置：配置浓度为0.01～0.05mol/L的硝酸锌和0.01～0.05mol/L硬脂酸的二甲基甲酰胺混合溶液；（3）超疏水膜层的制备：量取步骤（2）溶液置于反应釜中，将处理干净的金属基底浸泡于溶液中，将反应釜置于140～180℃的烘箱中反应18～30小时，空气中冷却到室温，取出金属基底，去离子水冲洗多次后于60℃的烘箱中干燥2小时。所述步骤（3）中的反应时间能够确保微纳米尺度粗糙结构的构筑，以利于超疏水表面的制备。所述步骤（3）中的干燥过程有助于加速金属表面水分蒸发以获得超疏水表面。所述金属基底为铜、铝、锌、镁及镁合金。本专利技术与现有的金属基底超疏水表面制备技术相比具有以下优点：（1）本专利技术的制备方法可在常见金属材料上制备出超疏水表面，是一种普适性的制备方法；（2）本专利技术的制备方法将传统的先构建粗糙结构和低表面能物质修饰两个步骤简化为一步构建过程，制备过程简单；（3）本专利技术的制备方法摒弃了传统制备方法中对环境不友好的含氟低表面能物质的使用，制备方法更环保；（4）本专利技术的制备方法得到的超疏水膜层具有卓越的超疏水性能，对水的接触角均大于155°。附图说明图1为本专利技术在铜基底表面制备的超疏水表面的SEM结果。图2为本专利技术在镁基底上制备的超疏水表面的接触角测量结果。图3为本专利技术在锌基底上制备的超疏水表面的接触角测量结果。图4为本专利技术在铝基底上制备的超疏水表面的接触角测量结果。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术做详细说明：本实施例是以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下面的实施例。实施例一（1）基底清洗：将经过打磨的铜基材依次使用乙醇、去离子水超声清洗，氮气吹干；（2）前驱体溶液的配置：配置浓度为0.04mol/L的硝酸锌和0.05mol/L硬脂酸的二甲基甲酰胺混合溶液；（3）超疏水膜层的制备：量取步骤（2）溶液30ml置于容积为50ml的反应釜中，将处理干净的铜基底浸泡于溶液中，将反应釜置于170℃的烘箱中反应26小时，空气中冷却到室温，取出金属基底，去离子水冲洗多次后于60℃的烘箱中干燥2小时。该膜层呈现超疏水性能，水的接触角为157°。图1为本实施例制备的超疏水表面的SEM结果。实施例二（1）基底清洗：将经过打磨的镁基材依次使用乙醇、去离子水超声清洗，氮气吹干；（2）前驱体溶液的配置：配置浓度为0.03mol/L的硝酸锌和0.02mol/L硬脂酸的二甲基甲酰胺混合溶液；（3）超疏水膜层的制备：量取步骤（2）溶液30ml置于容积为50ml的反应釜中，将处理干净的镁基底浸泡于溶液中，将反应釜置于140℃的烘箱中反应18小时，空气中冷却到室温，取出金属基底，去离子水冲洗多次后于60℃的烘箱中干燥2小时。该膜层呈现超疏水性能，水的接触角为157°。图2为本实施例制备的超疏水表面接触角测量结果。实施例三（1）基底清洗：将经过打磨的锌基材依次使用乙醇、去离子水超声清洗，氮气吹干；（2）前驱体溶液的配置：配置浓度为0.01mol/L的硝酸锌和0.03mol/L硬脂酸的二甲基甲酰胺混合溶液；（3）超疏水膜层的制备：量取步骤（2）溶液30ml置于容积为50ml的反应釜中，将处理干净的锌基底浸泡于溶液中，将反应釜置于150℃的烘箱中反应28小时，空气中冷却到室温，取出金属基底，去离子水冲洗多次后于60℃的烘箱中干燥2小时。该膜层呈现超疏水性能，水的接触角为155°。图3为本实施例制备的超疏水表面接触角测量结果。实施例四（1）基底清洗：将经过打磨的AZ31镁合金基材依次使用乙醇、去离子水超声清洗，氮气吹干；（2）前驱体溶液的配置：配置浓度为0.02mol/L的硝酸锌和0.01mol/L硬脂酸的二甲基甲酰胺混合溶液；（3）超疏水膜层的制备：量取步骤（2）溶液30ml置于容积为50ml的反应釜中，将处理干净的AZ31镁合金基底浸泡于溶液中，将反应釜置于160℃的烘箱中反应20小时，空气中冷却到室温，取出金属基底，去离子水冲洗多次后于60℃的烘箱中干燥2小时。该膜层呈现超疏水性能，水的接触角为156°。实施例五（1）基底清洗：将经过打磨的铝基材依次使用乙醇、去离子水超声清洗，氮气吹干；（2）前驱体溶液的配置：配置浓度为0.05mol/L的硝酸锌和0.02mol/L硬脂酸的二甲基甲酰胺混合溶液；（3）超疏水膜层的制备：量取步骤（2）溶液30ml置于容积为50ml的反应釜中，将处理干净的铝基底浸泡于溶液中，将反应釜置于140℃的烘箱中反应30小时，空气中冷却到室温，取出金属基底，去离子水冲洗多次后于60℃的烘箱中干燥2小时。该膜层呈现超疏水性能，水的接触角为155°。图4为本实施例制备的超疏水表面接触角测量结果。以上所述，仅为本专利技术的具体实施方式，但本专利技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉
的技术人员在本专利技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本专利技术的保护范围之内。因此，本专利技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属基底超疏水膜层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n（1）基底清洗：将经过打磨的金属基材依次使用乙醇、去离子水超声清洗，氮气吹干；/n（2）前驱体溶液的配置：配置浓度为0.01～0.05 mol/L的硝酸锌和 0.01～0.05 mol/L硬脂酸的二甲基甲酰胺混合溶液；/n（3）超疏水膜层的制备：量取步骤（2）溶液置于反应釜中，将处理干净的金属基底浸泡于溶液中，将反应釜置于140～180℃的烘箱中反应18～30小时，空气中冷却到室温，取出金属基底，去离子水冲洗多次后于60℃的烘箱中干燥2小时。/n

【技术特征摘要】
1.一种金属基底超疏水膜层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）基底清洗：将经过打磨的金属基材依次使用乙醇、去离子水超声清洗，氮气吹干；
（2）前驱体溶液的配置：配置浓度为0.01～0.05mol/L的硝酸锌和0.01～0.05mol/L硬脂酸的二甲基甲酰胺混合溶液；
（3）超疏水膜层的制备：量取步骤（2）溶液置于反应釜中，将处理干净的金属基底浸泡于溶液中，将反应釜置于140～...

【专利技术属性】
技术研发人员：张跃忠，刘宝胜，王慧慧，徐阳，蕫舸航，卫英慧，
申请(专利权)人：太原科技大学，
类型：发明
国别省市：山西;14