具有雾水收集功能和微纳米分级结构的超滑表面的制备方法技术

本发明专利技术提供具有雾水收集功能和微纳米分级结构的超滑表面的制备方法，属于超滑材料制备领域，可应用于雾水收集。通过激光刻蚀灵活调整微米级柱体结构的形状和尺寸，通过氨刻将纳米线均匀地生长在微米级的柱体、凹槽结构上，通过旋涂法注入硅油，得到具有微纳米分级结构的液滴注入表面。在我们构建的微纳米结构的协同作用下，注入润滑油的超疏水表面表现出高效的液滴捕获、聚集和清除性能，从而大大提高了雾气收集效率。更重要的是，该表面具有优异的稳定性、耐高温性、抗结冰性和耐酸碱性，有望在各种极端环境下使用。望在各种极端环境下使用。望在各种极端环境下使用。

【技术实现步骤摘要】
具有雾水收集功能和微纳米分级结构的超滑表面的制备方法


[0001]本专利技术属于超滑材料制备的
，特别涉及抗剪切、耐高温、抗结冰、高效持久的雾水收集能力的超滑表面的制备方法。

技术介绍

[0002]受猪笼草的光滑表面启发制备了超滑表面，猪笼草的光滑表面由亲水成分和微观粗糙结构组成，可以储存水以形成用于捕获昆虫的润滑水膜。为了模仿这种现象，许多研究人员制造了“液体注入”的超滑表面来实现对不同液体的全疏性，这是通过将润滑剂注入多孔膜(包括纳米形貌和低表面能)以形成稳定且惰性的超滑界面而制成的。由于润滑剂的存在，超滑表面拥有排斥水和排斥具有低表面张力的液体的能力。
[0003]通过激光蚀刻、氨碱蚀刻、表面改性和润滑油注入，设计了一种具有微/纳米分级结构的超滑表面。在铜片表面的微柱、凹槽和纳米线的协同作用下，超滑表面表现出优异的稳定性和集雾能力，集雾效率为原铜片的207％。同时，制备的超滑表面具有优良的润滑油保持能力和耐高温性能。经过高速剪切和长期存放，与水的接触角度没有严重下降，表面仍然稳定、光滑。它还具有优良的抗冰能力，比原铜板高出385％。具有微/纳米级结构的超滑表面能有效捕获水滴，加速水滴的凝结和脱落，具有良好的雾收效率。该研究为雾气收获材料的设计提供了一个很好的策略，有望用于改善干旱地区的缺水问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种简单、方便、可工业化生产的具有微纳米分级结构的超滑表面的方法，解决了超滑表面材料耐候性差、实用性低的问题。普通的雾水收集表面，耐候性差不能重复利用。本专利技术通过简单的方法制备了具有优异稳定性的、高效持久的水收集能力、可重复利用的超滑表面，有利于大规模推广和制备。
[0005]实现本专利技术目的的技术方案是：具有雾水收集功能和微纳米分级结构的超滑表面的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
[0006]A.铜片通过激光刻蚀获得微米级方形柱体：在EZCAD上绘制正方形网格图案后设置好参数进行激光刻蚀即可，图案为正方形网格，相邻直线之间的距离为50μm，正方形网格的整体面积为2
×
2cm2。刻蚀后的铜片剪去多余部分后依次在乙醇、去离子水中超声清洗20分钟。
[0007]B.微米柱上长氢氧化铜纳米线：将过硫酸铵、氢氧化钠与去离子水以1：20：1111的摩尔比例混合，超声分散均匀，成功制备了氨刻溶液。将激光刻蚀后的铜片置于氨刻溶液中浸泡10
‑
20分钟后取出，在丙酮、乙醇、去离子水中清洗20分钟即可。
[0008]C.低表面能处理和注入润滑油：将硬脂酸与无水乙醇以1：344的摩尔比混合并搅拌至完全溶解，即可获得改性剂。然后将氨刻后的铜片置于溶液中室温下浸泡30分钟即可获得超疏水表面。最后，将硅油旋涂在超疏水表面上，即可得到具有微纳米分级结构的超滑表面。
[0009]作为优选，铜片在激光打标机刻蚀参数设置为速度200mm/s、频率200Hz的模式下刻蚀3h
‑
4h。
[0010]作为优选，配置的氨刻溶液需要即配即用，长时间放置后氨刻溶液中会有氨气溢出，氨刻溶液失效。
[0011]作为优选，铜片在氨刻时，置于冰水浴的环境中，环境温度控制在5
‑
15℃。
[0012]作为优选，激光刻蚀后的铜片为黑色，此时表面表现为超亲水性，用丙酮将表面的黑色金属氧化物洗净后，铜片表面重新表现为疏水性。
[0013]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
[0014]1.工艺简单，原料易得，成本低廉,无毒无害；
[0015]2.制备的具有微纳米分级结构的超滑表面具有优异的抗剪切性和耐候性；
[0016]3.制备的具有微纳米分级结构的超滑表面具有良好的抗高温、抗结冰性；
[0017]4.制备的具有微纳米分级结构的超滑表面滑动角小于5
°
，接触角95
°
左右；
[0018]5.制备的具有微纳米分级结构的超滑表面水收集效率高、持久、可重复利用。
附图说明
[0019]图1：实施例1所得铜片表面、超亲水表面和超疏水表面的扫描电镜图像：原始铜片表面(a)，激光刻蚀后的铜片表面(b，c，d)，氨刻后的超亲水表面(e
‑
h)和改性后的超疏水表面(i)；图(j)是改性后的超疏水表面的Cu、O和C元素的EDS光谱；图(k)是原始铜片、激光刻蚀后的铜片、氨刻后超亲水表面、改性后的超疏水表面和注油后超滑表面的静态水接触角(从左到右)。
[0020]图2：实施例2所得铜片、超亲水表面和超疏水表面的FITR和XPS谱图：(a)是原始铜片、氨刻后超亲水铜片和改性后超疏水铜片的红外光谱对比图；图(b)是氨刻后超亲水表面和硬脂酸改性后的超疏水表面的XPS全谱对比图；图(c)是氨刻后超亲水表面的Cu 2p的XPS精细谱图；图(d
‑
f)分别是硬脂酸改性后超疏水表面的C1s、O 1s和Cu 2p的XPS的精细谱图。
[0021]图3：实施例3所得超滑表面的抗剪切测试、耐候性测试和高低温循环测试图：图(a)是在不同剪切速度下超滑表面的润滑油含量图，图(b)是超滑表面在不同剪切速度下的接触角和滑动角，图(c)不同天数下超滑表面的润滑油含量图，图(d)是不同天数时超滑表面的接触角和滑动角，图(e)是不同循环次数下超滑表面的润滑油含量图，图(f)是不同循环次数下的超滑表面的接触角和滑动角图；
[0022]图4：实施例4所得原始铜片、超亲水铜片表面、超疏水铜片表面和超滑表面在雾水收集过程中，不同时间下的液滴附着图。
[0023]图5：实施例5所得超滑表面的雾水收集性能图：图(a)是原始铜片、超亲水表面、超疏水表面和超滑表面在15分钟内收集水的质量图，图(b)是原始铜片、超亲水表面、超疏水表面和超滑表面上第一滴液滴脱落时间图，图(c)是超滑表面在不同集水次数下的润滑油含量图，图(d)是不同集水次数下润滑油的损耗率图。
具体实施方式
[0024]本专利技术下面将通过具体的实例进行更详细的描述，但本专利技术的保护范围并不受限于这些实施例。
[0025]实施例1
[0026]1.铜片通过激光刻蚀获得微米级方形柱体：在EZCAD上绘制正方形网格图案后设置好参数进行激光刻蚀即可，图案为正方形网格，相邻直线之间的距离为50μm，正方形网格的整体面积为2
×
2cm2。刻蚀后的铜片剪去多余部分后依次在乙醇、去离子水中超声清洗20分钟。
[0027]2.微米柱上长氢氧化铜纳米线：取2M的氢氧化钠溶液与0.1M的过硫酸铵溶液各50ml,混合均匀即可得到氨刻溶液。将激光刻蚀后的铜片置于氨刻溶液中浸泡10
‑
20分钟后取出，在丙酮、乙醇、去离子水中清洗20分钟，即可得到氨刻后的超亲水表面。
[0028]3.低表面能处理和注入润滑油：配置0.005M的硬脂酸/无水乙醇溶液100ml作为改性剂，然后将氨刻后的铜片置于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.具有雾水收集功能和微纳米分级结构的超滑表面的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：A.铜片通过激光刻蚀获得微米级方形柱体：在EZCAD上绘制正方形网格图案后设置好参数进行激光刻蚀即可，图案为正方形网格，相邻直线之间的距离为50μm，正方形网格的整体面积为2
×
2cm2，刻蚀后的铜片剪去多余部分后依次在乙醇、去离子水中超声清洗20分钟；B.微米柱上长氢氧化铜纳米线：将过硫酸铵、氢氧化钠与去离子水以1：20：1111的摩尔比例混合，超声分散均匀，制备得到氨刻溶液；将激光刻蚀后的铜片置于氨刻溶液中浸泡10
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20分钟后取出，在丙酮、乙醇、去离子水中清洗20分钟；C.低表面能处理和注入润滑油：将硬脂酸与无水乙醇以1：344的摩尔比例混合并搅拌至完全溶解，即可获得改性剂；然后将氨刻后的铜片置于溶液中室温下浸泡30分钟即可获得超疏水表面；最后，将硅油旋...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭志光，何世平，王晓博，辛燕，杨付超，
申请(专利权)人：湖北大学，
类型：发明
国别省市：