一種在鈦基底上制備超疏水表面的方法與流程

本發(fā)明屬于超疏水材料技術領域，涉及一種在鈦基底上構筑超疏水表面的方法。

背景技術：

鈦及其合金由于具有強度高、耐腐蝕性強、生物兼容性優(yōu)等特點而廣泛應用于船舶、航空以及生物醫(yī)療等領域。由于超疏水表面具有極端的潤濕性能，使得其在各類生產(chǎn)與生活領域中均具有廣泛的應用前景。例如，將超疏水表面應用于艦船外殼可以起到減小阻力、抑制生物質(zhì)粘附以及抗腐蝕作用；應用于航空器表面，可以達到抗冰的效果，用于生物醫(yī)療材料表面，則可以提高其生物相容性。如何有效地在鈦基底表面構筑超疏水表面，是學術與產(chǎn)業(yè)界共同關注的問題。目前已有的鈦基超疏水表面的制備方法，例如激光刻蝕法、熱氧化法、陽極氧化法、噴砂法、溶液刻蝕法等，均具有成本高、儀器要求特殊或者過程復雜等缺點，難以實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，因而離實際應用還存在一定的距離。

技術實現(xiàn)要素：

基于此，本發(fā)明所要解決的技術問題在于提供一種工藝簡單、成本低廉的在鈦基底上制備超疏水表面的方法。

本發(fā)明提供了一種在鈦基底上制備超疏水表面的方法，包括：

S1)在鈦基底上電化學沉積金-錫合金薄膜；

S2)將表面鍍有金-錫合金薄膜的鈦基底在濃硝酸溶液中進行去合金處理；

S3)在經(jīng)過去合金處理的鈦基底表面自組裝全氟化硫醇膜。

優(yōu)選的，所述步驟S1)中沉積電流密度為0.5～0.8mA cm-2，沉積溫度為40～55℃，沉積時間為600s～2000s；所述步驟S2)中濃硝酸的濃度為70wt.％，反應時間為3～7天；所述步驟S3)中全氟化硫醇為具有8個碳原子以上的全氟代硫醇中的一種，硫醇溶液的濃度為2～5mmol L^-1，自組裝溫度為25～40℃，自組裝時間為12～24h。

本發(fā)明提供了一種在鈦基底上構筑超疏水表面的方法，包括：S1)在鈦基底上電化學沉積金-錫合金薄膜；S2)將表面鍍有金-錫合金薄膜的鈦基底在濃硝酸溶液中進行去合金處理；S3)在經(jīng)過去合金處理的鈦基底表面自組裝全氟化硫醇膜。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明通過結合電化學沉積合金薄膜與去合金過程在鈦基底表面形成納米多孔金屬結構增大表面粗糙度，然后在納米多孔金屬表面自組裝全氟化硫醇膜降低表面能，從而獲得具有超疏水表面的鈦基底。該超疏水表面制備過程僅需使用普通直流電源以及利用溶液腐蝕及自組裝過程，避免使用精密而昂貴的儀器，也不需要復雜的工藝過程，非常適用于在金屬基底上構筑超疏水表面。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例1中得到的金-錫合金/鈦表面的掃描電鏡照片；

圖2為本發(fā)明實施例1中得到的納米多孔金/鈦表面的掃描電鏡照片；

圖3為本發(fā)明實施例1中得到的納米多孔金/鈦表面水滴接觸角測試圖。

具體實施方式

本發(fā)明提供了一種在鈦基底上制備超疏水表面的方法，包括：S1)在鈦基底上電化學沉積金-錫合金薄膜；S2)將表面鍍有金-錫合金薄膜的鈦基底在濃硝酸溶液中進行去合金處理；S3)在經(jīng)過去合金處理的鈦基底表面自組裝全氟化硫醇膜。

其中，本發(fā)明對所有原料的來源并沒有特殊的限制，為市售或自制均可。

在本發(fā)明中，所述金-錫合金薄膜采用金-錫合金鍍液進行電化學沉積，優(yōu)選電沉積工藝參數(shù)為：電流密度為0.5～0.8mA cm-2，沉積溫度為40～55℃，沉積時間為600s～2000s；所述去合金過程在濃硝酸溶液中進行，優(yōu)選條件為：濃硝酸的濃度為70wt.％，反應時間為3～7天；所述全氟化硫醇膜自組裝過程的優(yōu)選條件為：全氟化硫醇為具有8個碳原子以上的全氟代硫醇中的一種，硫醇溶液的濃度為2～5mmol L^-1，自組裝溫度為25～40℃，自組裝時間為12～24h。

本發(fā)明結合電化學沉積法、去合金法與自組裝技術，在鈦基底上構筑三維納米多孔金結構的基礎上，進一步通過自組裝全氟化硫醇膜的修飾進一步降低表面能，有效地在鈦基底上形成超疏水表面，此方法非常適合應用于在導電金屬基底上制備超疏水表面。

下面將結合本發(fā)明實施例的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

實施例1

1.1取100毫升金-錫合金鍍液，以鈦基底為負極，鍍鉑鈦網(wǎng)為正極，在兩電極體系中進行電化學沉積，電極工作面積為1cm2，沉積電流為0.0005A；沉積溫度為50℃，沉積時間為2000s，電沉積結束后將鈦基底取出，用去離子水反復沖洗，用氮氣吹干，即可得到表面覆蓋金-錫合金薄膜的鈦基底。

1.2取100毫升濃度為70％的濃硝酸，將1.1制得的金-錫合金/鈦材料浸入濃硝酸溶液中，在室溫下浸泡5天后取出，用大量去離子水反復沖洗，用氮氣吹干，即可得到表面覆蓋有納米多孔金薄膜的鈦基底。

1.3取20mL 5mM的1H,1H,2H,2H-全氟癸基硫醇的乙醇溶液，將1.2制得的納米多孔金/鈦材料浸入硫醇溶液中，在25℃下浸泡12小時后取出，用大量無水乙醇反復沖洗，用氮氣吹干，即可在鈦基底上獲得超疏水表面。

利用掃描電子顯微鏡對1.1中得到的金-錫合金/鈦材料進行分析，得到其掃描電鏡照片，如圖1所示。從圖1可以看出金-錫合金薄膜的表面呈山脊狀。

利用掃描電子顯微鏡對1.2中得到的納米多孔金/鈦材料進行分析，得到其掃描電鏡照片，如圖2所示。從圖2可知看出，納米多孔金薄膜呈現(xiàn)三維多孔的分形結構。

對1.3中得到的修飾1H,1H,2H,2H-全氟癸基硫醇自組裝膜的納米多孔金/鈦材料進行接觸角測試，得到5μL水滴在該材料表面的靜態(tài)圖像，如圖3所示。從圖3可以看出，水滴在該材料表面呈球形，通過測量可知接觸角為160°，表明在鈦基底上形成了超疏水表面。

實施例2

2.1取100毫升金-錫合金鍍液，以鈦基底為負極，鍍鉑鈦網(wǎng)為正極，在兩電極體系中進行電化學沉積，電極工作面積為1cm²，沉積電流密度為0.0005A；沉積溫度為40℃，沉積時間為1000s，電沉積結束后將鈦基底取出，用去離子水反復沖洗，用氮氣吹干，即可得到表面覆蓋金-錫合金薄膜的鈦基底。

2.2取100毫升濃度為70％的濃硝酸，將2.1制得的金-錫合金/鈦材料浸入濃硝酸溶液中，在室溫下浸泡5天后取出，用大量去離子水反復沖洗，用氮氣吹干，即可得到表面覆蓋有納米多孔金薄膜的鈦基底。

2.3取20mL 5mM的1H,1H,2H,2H-全氟癸基硫醇的乙醇溶液，將2.2制得的納米多孔金/鈦材料浸入硫醇溶液中，在25℃下浸泡12小時后取出，用大量無水乙醇反復沖洗，用氮氣吹干，即可在鈦基底上獲得超疏水表面。

實施例3

3.1取100毫升金-錫合金鍍液，以鈦基底為負極，鍍鉑鈦網(wǎng)為正極，在兩電極體系中進行電化學沉積，電極工作面積為1cm²，沉積電流密度為0.0006A；沉積溫度為45℃，沉積時間為1500s，電沉積結束后將鈦基底取出，用去離子水反復沖洗，用氮氣吹干，即可得到表面覆蓋金-錫合金薄膜的鈦基底。

3.2取100毫升濃度為70％的濃硝酸，將3.1制得的金-錫合金/鈦材料浸入濃硝酸溶液中，在室溫下浸泡5天后取出，用大量去離子水反復沖洗，用氮氣吹干，即可得到表面覆蓋有納米多孔金薄膜的鈦基底。

3.3取20mL 5mM的1H,1H,2H,2H-全氟癸基硫醇的乙醇溶液，將2.2制得的納米多孔金/鈦材料浸入硫醇溶液中，在25℃下浸泡12小時后取出，用大量無水乙醇反復沖洗，用氮氣吹干，即可在鈦基底上獲得超疏水表面。

以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發(fā)明權利要求的保護范圍內(nèi)。