一種超疏油表面的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種超疏油表面的制備方法，屬于表面工程領域。
【背景技術】
[0002]潤濕性是固體表面的重要性質之一，它由固體表面自由能和表面粗糙度決定。水滴在該表面的表觀接觸角大于150°，同時接觸角滯后小于10°時稱之為超疏水表面。最近又有研究者提出了雙疏表面和超雙疏表面的概念，即，既疏水又疏油的表面為雙疏表面，而與水和油的接觸角都大于150°的表面為超雙疏表面。超疏水和超雙疏界面材料在工農業生產上和人們的日常生活中都有非常廣闊的應用前景。例如，涂覆有超雙疏界面材料的輪船外殼和燃料儲備箱能夠達到防污、防腐的效果；石油管道內壁涂有超雙疏界面材料，可以防止石油對管道壁粘附，從而減少運輸過程中的損耗并防止管道堵塞。
[0003]研究表明，表面的微懸垂(overhang)結構是制備超疏油表面的前提。盡管超疏油表面的制備方法很多，比如文獻“Tingyi Liu ang Chang-Jin Kim.Turning a surfacesuperrepellent even to completely wetting liquids.Science 346, 1096 (2014).，，報道了一種無需低表面能物質修飾、直接通過光刻法加等離子刻蝕法在金屬等表面制備超疏油表面的方法。但現有制備方法大部分工藝復雜、成本高，這大大限制了其應用。因此，有必要開發開發出一種兼顧工藝簡單和經濟性高的金屬基超疏油表面的制備方法。
【發明內容】
[0004]本發明旨在提供一種操作簡單、易于實現和工藝成本低的金屬基超疏油表面的制備方法。
[0005]本發明是通過如下技術方案實現的。
[0006]—種超疏油表面的制備方法，其特征在于:包括以下步驟:
(a)在金屬工件的非加工面設置腐蝕防護層；
(b)將柔性多孔薄膜貼覆于金屬工件的加工面上；
(c)將壓塊置于柔性多孔薄膜上并通過壓塊向柔性多孔薄膜施加壓力F;
(d)把帶有上述多孔薄膜和壓塊的金屬工件全部浸沒于溫度為20°C~30°C的刻蝕液中進行腐蝕加工；
(e)經過12~48小時后，取出帶有上述多孔薄膜和壓塊的金屬工件；
(f)撤除壓力F，去除多孔薄膜和壓塊，清洗后風干。
[0007]進一步地，所述的柔性多孔薄膜為含有相互貫通微孔的偏氟乙烯樹脂膜或尼龍膜。這是因為偏氟乙烯樹脂或尼龍膜既能滿足本發明要求的機械性能和耐化學腐蝕特性，同時又具有成本低的優勢。
[0008]進一步地，所述的柔性多孔薄膜的厚度為100~160 μπι，開孔率為70~80% ;所述的微孔的平均孔徑為3~10 μπι，以利用適當的厚度、開孔率和孔徑的膜材來獲得最佳的表面結構。
[0009]進一步地，所述的壓塊為耐腐蝕的多孔陶瓷或泡沫塑料，這樣一方面可以利用壓塊自身質量及其所傳遞的壓力F來實現多孔薄膜的壓緊，另一方面有利于刻蝕液的滲流。
[0010]進一步地，所述的壓力F為200~800 N/m2，以能夠保證多孔薄膜獲得很好的工作效果Ο
[0011]本發明的工作原理為:
本發明制備的表面之所以呈現出懸垂結構特征，與刻蝕過程中金屬的溶解行為有關。多孔薄膜在外部壓力作用下貼覆于金屬工件表面，這使得加工面一部分區域被覆蓋而無法直接接觸刻蝕液，另一部分區域(多孔物微孔對應區域)則直接與刻蝕液接觸。刻蝕液直接接觸區域的金屬易于溶解且蝕除速度快，而被多孔物所屏蔽的區域及其周圍的金屬則不易被刻蝕，且蝕除速度慢。這樣，由于刻蝕難易程度與刻蝕速度的差異，經過一定腐蝕加工時間后，工件上被多孔物屏蔽住的金屬大部分保留下來而周圍的金屬被蝕除，從而形成一個個頂部大、下部小的“大頭釘”狀懸垂結構特征。
[0012]與現有技術相比，本發明的有益效果為:
1.易于實現。通過選擇適合的掩模和壓力，就可以用單一工藝方法一次性獲得其他方法難以制備的超疏油金屬表面。
[0013]2.工藝成本低。本發明所采用的一步化學腐蝕法，無需涂覆低表面能物質，所需設備簡單，原料成本低，工藝過程易于控制。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發明中的金屬基超疏油表面制備方法不意圖。
[0015]圖2是表面懸垂微結構獲得的原理圖。
[0016]圖3是在制備得到的金屬基超疏油表面上測得的水滴(8微升)接觸角大小。
[0017]圖4是在制備得到的的金屬基超疏油表面上測得的油滴(5微升)接觸角大小。
[0018]圖中標號名稱:1、壓力F，2、刻蝕液，3、壓塊，4、多孔薄膜，5、加工面，6、金屬工件，7、腐蝕防護層，8、微孔，9、懸垂結構。
【具體實施方式】
[0019]下面結合圖1、圖2、圖3和圖4對本發明——“一種超疏油表面的制備方法”的具體實施過程作進一步描述。
[0020]1)配置200ml的質量分數為15%的鹽酸溶液作為刻蝕液2。
[0021]2)鋁金屬工件6 (規格為40mm x 40mm x 10mm)經“打磨一去離子水清洗一丙酮除油一去離子水清洗一乙醇清洗一去離子水清洗一吹干”處理后，備用。
[0022]3)在鋁金屬工件6的非加工面貼上一層PVC膠帶作為腐蝕防護層7。
[0023]4)將厚度為150 μ m、開孔率為70%、平均孔徑為5 μ m尼龍膜作為多孔薄膜4貼覆于鋁金屬工件6的加工面5上。
[0024]5)將多孔陶瓷壓塊3置于尼龍多孔薄膜4上并通過多孔陶瓷壓塊3向尼龍多孔薄膜4施加大小為400 N/m2的壓力F1。
[0025]6)把帶有上述多孔薄膜4和多孔陶瓷壓塊3的鋁金屬工件6全部浸沒于溫度為23°C的刻蝕液2中進行腐蝕加工。
[0026]7)經過24小時后，取出帶有上述多孔薄膜4和多孔陶瓷壓塊3的鋁金屬工件6。
[0027]8)撤除壓力F1，去除尼龍多孔薄膜4和多孔陶瓷壓塊3，清洗后風干。
[0028]經過上述步驟制備的表面，檢測結果如下:用8微升水滴在室溫下檢測，接觸角為161.2度，如圖3所示。用5微升油滴(市售橄欖油)在室溫下檢測，接觸角為152.0度，表現出很好的超疏油性能，如圖4所示。
[0029]以上所述實施例僅表達了本發明的一種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，實際上還可以采用其他規格的多孔薄膜、選擇其他刻蝕液，在其他金屬平面或曲面上制備超疏油表面，這些都屬于本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種超疏油表面的制備方法，其特征在于:包括以下步驟: (a)在金屬工件(6)的非加工面設置腐蝕防護層(7); (b)將柔性多孔薄膜(4)貼覆于金屬工件(6)的加工面(5)上； (c)將壓塊(3)置于柔性多孔薄膜(4)上并通過壓塊(3)向柔性多孔薄膜(4)施加壓力F (1)； (d)把帶有上述多孔薄膜(4)和壓塊(3)的金屬工件(6)全部浸沒于溫度為20°C~30°C的刻蝕液(2)中進行腐蝕加工； (e)經過12~48小時后，取出帶有上述多孔薄膜(4)和壓塊(3)的金屬工件(6)； (f)撤除壓力F(1)，去除多孔薄膜(4)和壓塊(3)，清洗后風干。2.根據權利1所述的一種超疏油表面的制備方法，其特征在于:所述的柔性多孔薄膜(4)為含有相互貫通微孔(8)的偏氟乙烯樹脂膜或尼龍膜。3.根據權利1所述的一種超疏油表面的制備方法，其特征在于:所述的柔性多孔薄膜(4)的厚度為100~160 μm，開孔率為70~80%。4.根據權利2所述的一種超疏油表面的制備方法，其特征在于:所述的微孔(8)的平均孔徑為3~10 μ??ο5.根據權利1所述的一種超疏油表面的制備方法，其特征在于:所述的壓塊(3)為耐腐蝕的多孔陶瓷或泡沫塑料。6.根據權利1所述的一種超疏油表面的制備方法，其特征在于:所述的壓力F(1)為200- 800 N/m2。
【專利摘要】本發明公開了一種超疏油表面的制備方法，包括以下步驟：（a）在金屬工件（6）的非加工面設置腐蝕防護層（7）；（b）將柔性多孔薄膜（4）貼覆于金屬工件（6）的加工面（5）上；（c）將壓塊（3）置于柔性多孔薄膜（4）上并通過壓塊（3）向柔性多孔薄膜（4）施加壓力F（1）；（d）把帶有上述多孔薄膜（4）和壓塊（3）的金屬工件（6）全部浸沒于溫度為20℃~30℃的刻蝕液（2）中進行腐蝕加工；（e）經過12~48小時后，取出帶有上述多孔薄膜（4）和壓塊（3）的金屬工件（6）；（f）撤除壓力F（1），去除多孔薄膜（4）和壓塊（3），清洗后風干。所述的壓塊（3）為耐腐蝕的多孔陶瓷或泡沫塑料。本發明提供的制備方法，不僅能夠獲得具有優異超疏油特性及自清潔能力的表面，同時具有操作簡單、工藝成本低的優勢。
【IPC分類】C23F1/02
【公開號】CN105297013
【申請號】CN201510863450
【發明人】明平美, 包曉慧, 畢向陽, 秦歌, 楊文娟, 周紅梅, 陳月濤, 趙云龍, 張艷華
【申請人】河南理工大學
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2015年12月1日