利用植物叶片模板制备花瓣状锌超疏水表面的方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107675223A(43)申请公布日2018.02.09(21)申请号201710847729.6(22)申请日2017.09.19(71)申请人南京理工大学地址210094江苏省南京市孝陵卫200号(72)发明人王天驰陈凯孙鑫(74)专利代理机构南京理工大学专利中心32203代理人邹伟红朱显国(51)Int.Cl.C25D5/54(2006.01)C25D3/22(2006.01)B05D5/08(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图4页(54)发明名称利用植物叶片模板制备花瓣状锌超疏水表面的方法(57)摘要本发明公开了一种利用植物叶片模板制备花瓣状锌超疏水表面的方法。该方法以超疏水性植物叶片为模板，先通过非氧化气氛烧结，得到具有叶片结构的碳素材料；再通过电镀的方法在碳素材料表面电镀一薄层锌，得到花瓣状锌表面；锌表面再经氟硅烷修饰后，具有超疏水性能，获得花瓣状锌超疏水表面。本发明方法制得的锌表面既保留了叶片表面的乳突结构，又保留了乳突上花瓣状薄片结构，高程度借鉴自然，这种分级结构使得锌表面具有优异的超疏水性能，提高锌的防水吸附和防腐能力。CN107675223ACN107675223A权利要求书1/1页1.利用植物叶片模板制备花瓣状锌超疏水表面的方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤1，将干燥的超疏水性植物叶片置于非氧化性气氛中烧结，烧结温度大于500℃，升温速率不大于6℃/min，制得具有植物叶片结构的碳素材料；步骤2，将碳素材料作为阴极，在0.2～0.6mol/L硫酸锌溶液中电镀3～9min，电流密度为0.01～0.20A/cm2，至碳素材料表面附着锌层；步骤3，将表面镀锌的材料浸泡在体积分数为10％～24％氟硅烷的异丙醇溶液中，浸泡大于6天，浸泡结束后取出干燥，得到花瓣状锌超疏水表面。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1中，所述的超疏水性植物叶片为粽叶或荷叶，所述的非氧化性气氛为氩气或氮气，所述的烧结温度为600～800℃，升温速率为2～5℃/min。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2中，所述的硫酸锌溶液浓度为0.3～0.5mol/L，电镀时间为5～7min，电流密度为0.05～0.11A/cm2。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤3中，所述的氟硅烷的体积分数为14％～20％，浸泡时间为6～11天。2CN107675223A说明书1/4页利用植物叶片模板制备花瓣状锌超疏水表面的方法技术领域[0001]本发明属于材料制备技术领域，涉及一种制备花瓣状锌超疏水表面的方法，具体涉及一种利用植物叶片模板及电镀制备花瓣状锌超疏水表面的方法。背景技术[0002]锌及其合金是人类应用广泛的一种有色金属，其压延性、耐磨性、铸造性好。同时，由于锌合金表面氧化后会形成一层均匀细密的氧化膜保护层，因此锌具有优良的抗大气腐蚀性能。目前，一半以上的锌用于镀锌，即在金属、合金或者其它材料的表面镀一层锌以起到防腐蚀作用，锌则广泛应用于汽车、建筑、船舶、轻工业等行业。但是在潮湿且酸性环境下使用的镀锌制品，锌由于表面能较高，易吸附酸性水，这会造成镀锌层的严重腐蚀，严重影响了镀锌产品的美观，并影响产品性能，给产品和设备的稳定工作带来了较大的危害。即使在中性潮湿的环境下使用时，锌表面也极易粘上水汽，一段时间后形成潮湿贮存锈斑，这也影响了产品的美观。虽然不同的环境对锌的腐蚀程度不同，但水的存在对锌的腐蚀起到了关键的危害作用。在锌材料上做出超疏水表面可以有效地解决这些问题，超疏水的锌表面能有效降低水的附着，从而避免水引起的腐蚀，使得其产品美观性及性能得到大幅提升。[0003]目前，超疏水锌表面主要是通过人工的方法构造粗糙结构，比如电解法、溶液浸泡法、电化学刻蚀法、化学置换沉积法、溶胶凝胶法、水热法等方法，然后用具有低表面能的物质进行表面修饰制得超疏水材料。马福民等人采用溶液浸泡法，将锌片浸泡在盐酸和月桂酸的乙醇溶液中，在锌片表面获得棒状和片状的结构，制得的锌表面接触角最高为154°，疏水性能表现一般（马福民等,一步浸泡法制备微米结构的超疏水锌表面,2013年中西部地区无机化学化工学术研讨会论文集,2013,45–47）。张万强等人采用化学置换沉积法，将锌片放入硫酸铜溶液进行置换反应，在锌表面形成纳米铜颗粒，制得的锌表面接触角最高为155°，疏水性能表现也一般（张万强等,置换反应制备锌表面超疏水薄膜,广州化工,2015,43(11),72–74）。出现这些不足的原因主要在于这些人工构造的粗糙结构粗糙程度不够。要获得比较好的疏水材料关键在于构造表面多级复杂的纳米微结构。自然界的一些植物在长期进化过程中形成了微纳米分级结构，该结构使植物具备了超疏