金屬基超疏水材料的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電化學制造技術，尤其涉及一種金屬基超疏水材料的制備方法，屬于超疏水材料制備技術領域。
【背景技術】
[0002]近年來，荷葉的自清潔效應備受關注。工程界不僅仿造荷葉表面制備了多種功能材料而且通過研究荷葉表面結構以及化學成分與浸潤性的關系，揭示了荷葉表面自清潔效應的本質。
[0003]蓮花效應主要是指蓮葉表面具有超疏水以及自潔的特性。由于蓮葉具有疏水、不吸水的表面，落在葉面上的水會因表面張力的作用形成水珠，換言之，水與葉面的接觸角(contactangle)會大于150度，只要葉面稍微傾斜，水珠就會滾離葉面。
[0004]荷葉表面的疏水且不吸水的特性是因為葉面存在著非常復雜的多種納米和微米級的超微結構。在表面張力作用下，水與超疏水表面會有一接觸角，水珠會夾帶灰塵顆粒離開葉面。在荷葉表面微米結構的乳突上還存在納米結構，這種微米結構與納米結構相結合的階層結構是引起超疏水表面的根本原因。
[0005]在超高解析度電子顯微鏡下可以清晰看到：在荷葉葉面上布滿著一個挨一個隆起的“小山包”。在山包上面長滿絨毛。在“山包”頂則又長出一個個饅頭狀的“碉堡”凸頂。因此，在“乳突”間的凹陷部分充滿著空氣，這樣就在緊貼葉面上形成一層納米級厚的空氣層。這就使得在尺寸上遠大于這種結構的灰塵、雨水等降落在葉面上后，隔著一層極薄的空氣，只能同葉面上“乳突”的凸頂形成幾個點接觸。雨點在自身的表面張力作用下形成球狀，水球在滾動中吸附灰塵，并滾出葉面，這就是“荷葉效應”。
[0006]理論上，“荷葉效應”的本質是表面潤濕性問題。描述潤濕性的指標為與水的接觸角9，接觸角小于90°為親水表面，接觸角大于90°為疏水表面，接觸角大于150°則稱為超疏水表面。
[0007]對于光滑平整的理想固體表面，水滴在其表面上的形狀是由固體、液體和氣體三相接觸線的界面張力來決定的，水滴接觸角的大小可以用經(jīng)典楊氏方程來表示：
[0008]cos 9 = (Tsv-Tsl)/Tlvo 其中，丫 sv、丫 sl、丫 lv分別是固-氣、固-液和液-氣界面的表面張力。
[0009]對于粗糙表面，Wenzel方程認為水滴在粗糙表面完全浸潤，其液滴接觸角為：cos 0 r= rcos 0式中，r為表面粗糙度，即實際表面積與表面投影面積之比值。根據(jù)Wenzel方程，對于疏水表面，增加表面粗糙度，液滴的接觸角增大。Wenzel方程揭示了粗糙表面的表觀接觸角與本征接觸角間的關系。當固體表面由不同種類的化學物質促成時，Cassie進一步拓展了 Wenzel的上述處理。他認為水滴在粗糙表面接觸存在兩種界面：水滴與固體界面以及由于毛細現(xiàn)象水滴無法進入微孔而形成空氣墊從而形成的水滴與空氣墊界面，并認為水滴與空氣墊的接觸角為180°，因此，提出粗糙表面的水滴的接觸角為：COS 0 r= f iCOS 0 !+f2COS 0 2o式中，fpfij分別為粗糙表面接觸面中液固界面的面積分數(shù)與氣固界面的面積分數(shù)，fi+f2= 1。從上述模型可知，制備具有特殊結構的表面可以提高表面的接觸角。
[0010]在金屬表面制備與荷葉表面類似的微納米結構，理論上可以得到超疏水的表面，因而改變其親水性?，F(xiàn)有技術中超疏水金屬表面的制備方法有很多：比如模板法，化學氣相沉積法，溶膠凝膠法，激光或等離子體表面處理法等；但是，這些制備方法均存在制備成本高、設備投入大、技術復雜、性能不穩(wěn)定的缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明提供一種具備成本低廉、性能優(yōu)異特點的金屬基超疏水材料的制備方法，以解決現(xiàn)有技術中所需要的特殊設備和苛刻實驗條件。
[0012]本發(fā)明實施例提供的金屬基超疏水材料的制備方法，包括如下步驟：
[0013]步驟一、選擇合適形狀與尺寸的銅片和鈦片，并對這兩種金屬的表面進行預處理；
[0014]步驟二、取0. lmol/L檸檬酸乙醇溶液，向其中加入0. 4mol/L的CuC12水溶液，并攪拌均勾；
[0015]步驟三、將步驟一中預處理過的鈦片和銅片，浸入步驟二中混合好的溶液中；控制鈦片、銅片的距離為并用導線連接；
[0016]步驟四、將步驟三中形成的反應裝置置于恒溫干燥箱中，控制溫度保持恒溫，反應時間分別為6-24h ；
[0017]步驟五、達到對應的反應時間后，將鈦片和銅片取出，用無水乙醇徹底清洗，以去除表面吸附的檸檬酸，并用冷風吹干，以形成金屬基超疏水材料。
[0018]如上所述的金屬基超疏水材料的制備方法，其中，所述步驟一中，選擇的銅片和鈦片的純度不小于99. 6%。
[0019]如上所述的金屬基超疏水材料的制備方法，其中，所述步驟一中，鈦片的表面的預處理包括如下步驟：
[0020]首先用砂紙對鈦片表面的金屬氧化層進行打磨至去除鈦片表面的金屬氧化層；
[0021]采用去離子水對鈦片表面進行清洗；
[0022]再浸泡于無水乙醇中進行超聲波清洗；
[0023]最后采用冷風機吹干后干燥備用。
[0024]如上所述的金屬基超疏水材料的制備方法，其中，所述步驟一中，銅片的表面的預處理包括如下步驟：
[0025]首先用砂紙對銅片表面的金屬氧化層進行打磨至去除銅片表面的金屬氧化層；
[0026]采用去離子水對銅片表面進行清洗；
[0027]再浸泡于無水乙醇中進行超聲波清洗；
[0028]最后采用冷風機吹干后干燥備用。
[0029]如上所述的金屬基超疏水材料的制備方法，其中，所述步驟三中，鈦片和銅片采用導線連接后，再采用萬用表檢測鈦片和銅片是否導通。
[0030]如上所述的金屬基超疏水材料的制備方法，其中，所述步驟四中，恒溫干燥箱中的溫度保持在35 °C。
[0031]在本發(fā)明中，由于金屬電動序中，鈦標準電極電位較負，為-1.64，也更為活撥。銅的標準電極電位為+0. 521，將鈦和銅浸入到含有的檸檬酸乙醇溶液中，組成了一個腐燭原電池。乙醇作為非電解質其導電性較差，初始的電流值65 yA，3小時后金屬表面己經(jīng)有很薄的膜層覆蓋。這個腐燭原電池中，鈦為該原電池的陽極，發(fā)生氧化反應而不斷被溶解，銅作為陰極，存在著和的還原過程。
[0032]本發(fā)明通過電偶沉積法構筑疏水所需二元三維微納米結構，制備了銅和鈦金屬的超疏水表面。此法一改往日物理氣相沉積、離子刻蝕、電化學沉積等方法需要的特殊設備和苛刻的實驗條件，簡單易行，成本低廉。
【附圖說明】
[0033]圖1為本發(fā)明實施例的金屬基超疏水材料的制備方法中反應裝置示意圖。
【具體實施方式】
[0034]如圖1所示，本發(fā)明實施例提供的金屬基超疏水材料的制備方法，包括如下步驟：
[0035]步驟一、選擇合適形狀與尺寸的銅片和鈦片，并對這兩種金屬的表面進行預處理；一般情況下，所述步驟一中，鈦片的表面的預處理包括如下步驟：首先用砂紙對鈦片表面的金屬氧化層進行打磨至去除鈦片表面的金屬氧化層；采用去離子水對鈦片表面進行清洗；再浸泡于無水乙醇中進行超聲波清洗；最后