一种仿壁虎脚表面的高粘附超疏水涂层的制备方法

摘要

本发明属于疏水涂层技术领域，具体涉及一种仿壁虎脚表面的高粘附超疏水涂层的制备方法，通过一种简单廉价的溶液化学方法在锌箔上构建氧化锌纳米棒，通过控制合成温度、时间及溶液浓度，制备了ZnO纳米棒，经氟烷基硅烷改性后，ZnO纳米棒表面表现出类似的超疏水性能和可调的高水附着力，制备的超疏水ZnO表面允许水滴在不动的情况下固定在表面上，即使表面呈倾斜到垂直位置或倒置，ZnO表面的粘结力足够强，可以留住从倾斜的低粘结力超疏水表面快速滚动的水滴。

说明书

技术领域

本发明涉及疏水涂层技术领域，具体领域为一种仿壁虎脚表面的高粘附超疏水涂层的制备方法。

背景技术

壁虎能够迅速爬上光滑垂直的表面，与其足部有近50万根角质毛密不可分。这些毛与基底紧密接触时提供了足够大的表面积，以便通过范德华力进行黏附。受这些发现的启发，人们制备了许多新型粘附性的表面。除了在黏附方面的应用外，壁虎这种非凡的能力还可以应用于其他领域，如超疏水表面，超疏水表面的特点是静态水接触角高于150°。超疏水表面分为两类，一种是“低黏附面”，即自洁面，这种表面在从日常生活到工业的各个领域都有广阔的应用前景，近年来受到了广泛的关注；另一种超疏水表面是“对水的高附着力”，高粘接表面表现出较大的水接触角和较大的接触角滞后。

高粘附性超疏水表面具有潜在的应用前景，如无损伤液滴可逆运输。现有的高粘附性超疏水表面通过模板润湿法对超疏水聚苯乙烯纳米管进行了排列；通过胶体纳米光刻、深硅刻蚀和纳米模压的结合，也可以得到高纵横比的聚合物纳米柱结构。但是这些方法的制造过程是耗时的，使用的材料是昂贵的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种仿壁虎脚表面的高粘附超疏水涂层的制备方法以解决上述背景技术中提到的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种仿壁虎脚表面的高粘附超疏水涂层的制备方法，其制备方法包括如下步骤：

步骤1：

将NaOH溶液加入到过硫酸铵溶液中，进行超声处理30min，得到NaOH/过硫酸铵混合溶液；

步骤2：

将锌板用砂纸打磨抛光，并用去离子水洗干净，随后放到NaOH溶液刻蚀5-10min，将刻蚀完毕的锌板取出，放到无水乙醇中，超声震荡30min，随后用去离子水清洗干燥备用；将干燥的锌板浸入到步骤1制备的混合溶液中；

步骤3：

将装有锌板的混合溶液转移到高压釜中，高压釜保持在120-150℃的温度6-12h，然后冷却至室温；

步骤4：

将锌板从溶液中取出，用去离子水冲洗，自然干燥，得到ZnO表面；

步骤5：

将十七氟癸基三乙氧基硅烷滴入到无水乙醇中，随后将步骤4制备的锌板浸入到溶液中24h，随后将锌板取出在120℃下干燥2h，得到高粘附涂层。

优选的，步骤1中NaOH溶液浓度为3.2mol/L，过硫酸铵溶液浓度为0.24mol/L。

优选的，步骤2中NaOH溶液浓度为0.1mol/L。

优选的，步骤3中高压釜采用不锈钢内衬聚四氟乙烯高压釜。

优选的，无水乙醇浓度为97％。

本发明的有益效果是：

通过一种简单廉价的溶液化学方法在锌箔上构建氧化锌纳米棒，通过控制合成温度、时间及溶液浓度，制备了ZnO纳米棒，经氟烷基硅烷改性后，ZnO纳米棒表面表现出类似的超疏水性能和可调的高水附着力，制备的超疏水ZnO表面允许水滴在不动的情况下固定在表面上，即使表面呈倾斜到垂直位置或倒置。此外，ZnO表面的粘结力足够强，可以留住从倾斜的低粘结力超疏水表面快速滚动的水滴。

附图说明

图1为本发明实施例1中制备的超疏水涂层的接触角测量结果；

图2为本发明实施例1中制备的超疏水涂层的扫描电镜图及水滴高黏附图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

(1)配置9ml的3.2mol/L的NaOH溶液和9ml的0.24mol/L的过硫酸铵溶液，将NaOH溶液加入到过硫酸铵中，并进行超声处理30min，得到NaOH/过硫酸铵混合溶液；

(2)配置0.1mol/L NaOH溶液，将锌板用砂纸打磨抛光，并用去离子水洗干净，随后放到0.1mol/L NaOH溶液刻蚀7min，将刻蚀完的锌板取出，放到无水乙醇中，超声震荡30min，随后用去离子水清洗干燥备用；随后将干燥的锌板浸入到混合溶液中；

(3)将装有锌板的混合溶液转移到一个25ml不锈钢内衬聚四氟乙烯高压釜中，高压釜保持在140℃的温度8h，然后冷却到室温；

(4)随后将锌板从溶液中取出，用去离子水冲洗，自然干燥，得到ZnO纳米棒；

(5)配置40ml的无水乙醇，用移液枪量取200μL的十七氟癸基三乙氧基硅烷，滴入到无水乙醇中，随后将制备好的锌板浸入到溶液中24h；随后将锌板取出在120℃高温下干燥2h，得到高粘附超疏水涂层。

实施例2

(1)配置10ml的3.2mol/L的NaOH溶液和9ml的0.24mol/L的过硫酸铵溶液，将NaOH溶液加入到过硫酸铵中，并进行超声处理30min，得到NaOH/过硫酸铵混合溶液；

(2)配置0.1mol/L NaOH溶液，将锌板用砂纸打磨抛光，并用去离子水洗干净，随后放到0.1mol/L NaOH溶液刻蚀5min，将刻蚀完的纯铝片取出，放到无水乙醇中，超声震荡30min，随后用去离子水清洗干燥备用；随后将干燥的锌板浸入到混合溶液中；

(3)将装有锌板的混合溶液转移到一个25ml不锈钢内衬聚四氟乙烯高压釜中，高压釜保持在120℃的温度12h，然后冷却到室温；

(4)随后将锌板从溶液中取出，用去离子水冲洗，自然干燥，得到ZnO纳米棒；

(5)配置50ml的无水乙醇，用移液枪量取300μL的十七氟癸基三乙氧基硅烷，滴入到无水乙醇中，随后将制备好的锌板浸入到溶液中24h；随后将锌板取出在120℃高温下干燥2h，得到高粘附超疏水涂层。

实施例3：

(1)配置11ml的3.2mol/L的NaOH溶液和10ml的0.24mol/L的过硫酸铵溶液，将NaOH溶液加入到过硫酸铵中，并进行超声处理30min，得到NaOH/过硫酸铵混合溶液；

(2)配置0.1mol/L NaOH溶液，将锌板用砂纸打磨抛光，并用去离子水洗干净，随后放到0.1mol/L NaOH溶液刻蚀10min，将刻蚀完的纯铝片取出，放到无水乙醇中，超声震荡30min，随后用去离子水清洗干燥备用；随后将干燥的锌板浸入到混合溶液中；

(3)将装有锌板的混合溶液转移到一个25ml不锈钢内衬聚四氟乙烯高压釜中，高压釜保持在150℃的温度6h，然后冷却到室温；

(4)随后将锌板从溶液中取出，用去离子水冲洗，自然干燥，得到ZnO纳米棒；

(5)配置50ml的无水乙醇，用移液枪量取300μL的十七氟癸基三乙氧基硅烷，滴入到无水乙醇中，随后将制备好的锌板浸入到溶液中24h；随后将锌板取出在120℃高温下干燥2h，得到高粘附超疏水涂层。

实施例4

(1)配置11ml的3.2mol/L的NaOH溶液和10ml的0.24mol/L的过硫酸铵溶液，将NaOH溶液加入到过硫酸铵中，并进行超声处理30min，得到NaOH/过硫酸铵混合溶液；

(2)配置0.1mol/L NaOH溶液，将锌板用砂纸打磨抛光，并用去离子水洗干净，随后放到0.1mol/L NaOH溶液刻蚀8min，将刻蚀完的纯铝片取出，放到无水乙醇中，超声震荡30min，随后用去离子水清洗干燥备用；随后将干燥的锌板浸入到混合溶液中；

(3)将装有锌板的混合溶液转移到一个25ml不锈钢内衬聚四氟乙烯高压釜中，高压釜保持在130℃的温度7h，然后冷却到室温；

(4)随后将锌板从溶液中取出，用去离子水冲洗，自然干燥，得到ZnO纳米棒；

(5)配置50ml的无水乙醇，用移液枪量取300μL的十七氟癸基三乙氧基硅烷，滴入到无水乙醇中，随后将制备好的锌板浸入到溶液中24h；随后将锌板取出在120℃高温下干燥2h，得到高粘附超疏水涂层。

实施例5

(1)配置10ml的3.2mol/L的NaOH溶液和9ml的0.24mol/L的过硫酸铵溶液，将NaOH溶液加入到过硫酸铵中，并进行超声处理30min，得到NaOH/过硫酸铵混合溶液；

(2)配置0.1mol/L NaOH溶液，将锌板用砂纸打磨抛光，并用去离子水洗干净，随后放到0.1mol/L NaOH溶液刻蚀9min，将刻蚀完的纯铝片取出，放到无水乙醇中，超声震荡30min，随后用去离子水清洗干燥备用；随后将干燥的锌板浸入到混合溶液中；

(3)将装有锌板的混合溶液转移到一个25ml不锈钢内衬聚四氟乙烯高压釜中，高压釜保持在130℃的温度10h，然后冷却到室温；

(4)随后将锌板从溶液中取出，用去离子水冲洗，自然干燥，得到ZnO纳米棒；

(5)配置50ml的无水乙醇，用移液枪量取300μL的十七氟癸基三乙氧基硅烷，滴入到无水乙醇中，随后将制备好的锌板浸入到溶液中24h；随后将锌板取出在120℃高温下干燥2h，得到高粘附超疏水涂层。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。