具有机械耐久性的超疏水表面的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有机械耐久性的超疏水表面的制备方法，涉及金属基材表面改性技术领域。本发明专利技术提供了一种采用简单的喷涂法制备超疏水表面的方法，喷涂法经济成本低，操作方法简单，即使表面受到了破坏，也可以再次修复，适用条件广泛。通过本方法制备的超疏水表面，表面接触角高。喷涂的第一表面层PDMS层，由于PDMS的粘附性，加强了金属表面与喷涂的第二表面层和第三表面层涂层的粘附，又由于TiO2纳米颗粒具有亲水性，通过氟化剂对颗粒进行氟化处理，降低表面的表面能，使得TiO2纳米颗粒由亲水性变为疏水性，喷涂后在表面形成了微纳米结构，使得表面形成了具有微纳米分层结构的超疏水表面。水表面。水表面。

【技术实现步骤摘要】
具有机械耐久性的超疏水表面的制备方法


[0001]本专利技术涉及金属基材表面改性
，尤其涉及一种具有机械耐久性的超疏水表面的制备方法。

技术介绍

[0002]受荷叶效应的启发，研究学者探索出了一种仿生超疏水表面，该种表面具有高接触角和极低的滚动角，容易在表面滚动，并且会带走表面的灰尘。在一些低温高湿的地区，输电线路、风机叶片以及蒸发器上会产生结冰结霜现象，对设备的稳定运行造成一定的危害。
[0003]超疏水表面的制备方法有喷涂法、溶胶
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凝胶法、化学刻蚀法、气相沉积法等，这些方法有各自的优点，但制备出的超疏水表面有一个共性缺点，就是超疏水表面的稳定性差，循环使用次数不多，表面在经过2
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3次结霜融霜实验后便失去了超疏水性，需要再次制备，使用成本高。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种具有机械耐久性的超疏水表面的制备方法，得到具有耐久性的超疏水表面，经过多次的结霜融霜实验后，超疏水性依旧很强，可以多次重复利用，提高了表面的重复利用率及经济成本。
[0005]为实现此技术目的，本专利技术采用如下方案：具有机械耐久性的超疏水表面的制备方法，按如下步骤进行：S1、表面预处理：使用砂纸打磨金属表面，并将表面清洗干净；S2、制备悬浊液；S2
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1、制备纳米TiO2悬浊液：将纳米TiO2颗粒放入无水乙醇中，进行磁力搅拌，之后超声分散；S2
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2、制备PDMS悬浊液：将PDMS放入正己烷溶液中，磁力搅拌；S2
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3、制备F
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TiO2悬浊液：将氟化剂添加到放有纳米颗粒的无水乙醇溶液中，进行磁力搅拌和超声分散，之后干燥，得到F
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TiO2纳米颗粒；将F
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TiO2纳米颗粒放入无水乙醇中，进行磁力搅拌，之后超声分散；S3、用喷涂法依次将PDMS悬浊液、纳米TiO2悬浊液、F
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TiO2悬浊液喷涂到S1处理后的金属表面，每次喷涂后均需进行喷涂表面的干燥固化，三次喷涂干燥后得到超疏水表面。
[0006]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供了一种采用简单的喷涂法制备超疏水表面的方法，喷涂法经济成本低，操作方法简单，即使表面受到了破坏，也可以再次修复，适用条件广泛。通过本方法制备的超疏水表面，表面接触角高。喷涂的第一表面层PDMS层，由于PDMS的粘附性，加强了金属表面与喷涂的第二表面层和第三表面层涂层的粘附，又由于TiO2纳米颗粒具有亲水性，通过氟化剂对颗粒进行氟化处理，降低表面的表面能，使得TiO2纳米颗粒由亲水性变为疏水性，喷涂后在表面形成了微纳米结构，使得表面形
成了具有微纳米分层结构的超疏水表面。本专利技术为制备提高表面与涂层的黏固性、自清洁及防覆冰等高性能的超疏水表面提供了一种新的思路。
[0007]本专利技术的优选方案为：S1中的金属表面为紫铜板、铝板或不锈钢板。
[0008]S1中砂纸分为500目、800目、1500目、2000目，按目数从小到大依次用砂纸打磨金属表面，使金属表面平整光滑，将打磨后的金属先用无水乙醇超声清洗20min，再用去离子水中超声清洗20min。
[0009]S2
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1中纳米TiO2颗粒与无水乙醇的配比为0.5g:20ml，磁力搅拌30min，超声分散30min。
[0010]S2
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2中PDMS与正己烷溶液配比为1g：20ml，其中PDMS由PDMS前驱体与固化剂按照10:1的重量比配制而成，PDMS采购自美国康道宁公司。
[0011]S2
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3中氟化剂为1H,1H,2H,2H
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全氟癸基三甲氧基硅烷，体积分数为97%；纳米颗粒为金红石型纳米二氧化钛，粒径为40nm。
[0012]S2
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3将8g纳米TiO2颗粒放入盛有100ml无水乙醇溶液烧杯中，烧杯置于磁力搅拌器上，磁力转子放在烧杯中，边搅拌边加入氟化剂1H,1H,2H,2H
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全氟癸基三甲氧基硅烷溶液4ml，磁力搅拌5h后，将盛有溶液的烧杯置于超声波清洗机中超声分散2h，将超声后的溶液放到60℃的烘箱中烘干，烘干后固体研磨筛分得到F
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TiO2纳米颗粒。
[0013]将S2
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1得到的PDMS悬浊液喷涂到处理后的金属表面，60℃干燥固化6h，得到第一表面。
[0014]将S2
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2得到的纳米TiO2悬浊液喷涂到第一表面上，60℃干燥固化20min，得到第二表面。
[0015]将S2
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3得到的F
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TiO2悬浊液喷涂到第二表面上，60℃干燥固化2h，得到超疏水表面。
附图说明
[0016]图1为本专利技术实施例提供的具有机械耐久性的超疏水表面的制备工艺流程图；图2为本专利技术实施例1提供的喷涂原理图；图3为本专利技术实施例1提供的表面接触角测量值图；图4为本专利技术实施例1提供的通过扫描电子显微镜测量的表面形貌图；图5为本专利技术实施例1提供的扫描电镜配套的EDS分析仪分析出的样品表面元素组成图；图6为本专利技术实施例1提供的通过原子力测量的超疏水表面微观结构图；图7为本专利技术实施例1提供的表面进行结霜融霜实验前后的液滴的形态图。
具体实施方式
[0017]为充分了解本专利技术之目的、特征及功效，借由下述具体的实施方式，对本专利技术做详细说明，但本专利技术并不仅仅限于此。
[0018]如图1所示，本专利技术提供的一种具有机械耐久性的超疏水表面的制备方法，按如下步骤进行：
S1、表面预处理（打磨清洗基底）：依次用500目、800目、1500目、2000目砂纸打磨金属表面，使金属表面平整滑，将最终打磨好的金属先用无水乙醇超声清洗20分钟，再用去离子水超声清洗20分钟，之后烘干干燥。
[0019]S2、制备悬浊液S2
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1、制备PDMS悬浊液：将1gPDMS(直接购买美国康道宁公司的产品，该产品由PDMS前驱体与固化剂双组分组成，使用时按照PDMS前驱体与固化剂的重量比为10：1进行混合)放到20ml正己烷溶液（正己烷AR分析纯，溶液浓度≥99%）中，以1000rmp磁力搅拌30分钟。
[0020]S2
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2、制备纳米TiO2悬浊液：将0.5g TiO2纳米颗粒（金红石型纳米二氧化钛，粒径40nm）放到20ml无水乙醇中，以1000rmp磁力搅拌30min后超声分散30min，超声频率为40kHz。
[0021]S2
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3、制备纳米F
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TiO2悬浊液：将8g纳米TiO2颗粒（金红石型纳米二氧化钛，粒径40nm）放到100ml无水乙醇溶液中，将烧杯置于磁力搅拌器中，边搅拌边加入氟化剂1H,1H,2H,2H
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全氟癸基三甲氧基硅烷溶液4ml，以1000rmp磁力搅拌5本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有机械耐久性的超疏水表面的制备方法，其特征在于，按如下步骤进行：S1、表面预处理：使用砂纸打磨金属表面，并将表面清洗干净；S2、制备悬浊液；S2
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1、制备纳米TiO2悬浊液：将纳米TiO2颗粒放入无水乙醇中，进行磁力搅拌，之后超声分散；S2
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2、制备PDMS悬浊液：将PDMS放入正己烷溶液中，磁力搅拌；S2
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3、制备F
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TiO2悬浊液：将氟化剂添加到放有纳米颗粒的无水乙醇溶液中，进行磁力搅拌和超声分散，之后干燥，得到F
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TiO2纳米颗粒；将F
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TiO2纳米颗粒放入无水乙醇中，进行磁力搅拌，之后超声分散；S3、用喷涂法依次将PDMS悬浊液、纳米TiO2悬浊液、F
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TiO2悬浊液喷涂到S1处理后的金属表面，每次喷涂后均需进行喷涂表面的干燥固化，三次喷涂干燥后得到超疏水表面。2.根据权利要求1所述的具有机械耐久性的超疏水表面的制备方法，其特征在于，S1中的金属表面为紫铜板、铝板或不锈钢板。3.根据权利要求1所述的具有机械耐久性的超疏水表面的制备方法，其特征在于，S1中砂纸分为500目、800目、1500目、2000目，按目数从小到大依次用砂纸打磨金属表面，使金属表面平整滑，将打磨后的金属先用无水乙醇超声清洗20min，再用去离子水超声清洗20min，并干燥。4.根据权利要求1所述的具有机械耐久性的超疏水表面的制备方法，其特征在于，S2
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1中纳米TiO2颗粒与无水乙醇的配比为0.5g:20ml，磁力搅拌30min，超声分散30min。5.根据权利要求1所述的具有机械耐久性...

【专利技术属性】
技术研发人员：勾昱君，韩佳，秦仪，
申请(专利权)人：华北理工大学，
类型：发明
国别省市：