專(zhuān)利名稱(chēng)：一種減阻超疏水涂層及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于功能性納米材料應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及一種基于無(wú)電金屬沉積技術(shù)的減阻超疏水涂層的制備方法。該發(fā)明的減阻超疏水涂層具有良好的抗腐蝕性，可耐強(qiáng)酸、 強(qiáng)堿溶液腐蝕，而且該發(fā)明方法簡(jiǎn)單，制作周期短，減阻率高。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，功能性納米材料——超疏水材料的研究受到了科學(xué)家的廣泛關(guān)注。超疏水表面，是指與水的接觸角大于150°滾動(dòng)角小于10°的表面。超疏水表面的理論研究始于上世紀(jì)50年代，90年代后進(jìn)入高峰期。1997年德國(guó)植物學(xué)家wilhelm Barthlott對(duì)荷葉進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)研究，第一次揭示了荷葉的疏水性與自潔凈之間的關(guān)系，并由此創(chuàng)造了 “荷葉效應(yīng)”這一專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)。通常，制備超疏水表面有兩種途徑一種是在具有低表面能的疏水性材料表面進(jìn)行表面粗糙化處理；另一種是在具有一定粗糙度的表面上修飾低表面能物質(zhì)。超疏水由于具有獨(dú)特的表面特性和潛在的應(yīng)用價(jià)值，而成為功能材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，并獲得越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。納米超疏水材料以其優(yōu)越的性能，超強(qiáng)的疏水能力，在國(guó)防軍事領(lǐng)域有著越來(lái)越廣泛的應(yīng)用前景。海中作業(yè)的船舶、設(shè)備以及水下航行器移動(dòng)時(shí)，一般會(huì)遇到三種阻力興波阻力、壓差阻力和摩擦阻力。這三種阻力中，摩擦阻力占總阻力的 80%，故對(duì)設(shè)備行駛速度的影響最大。因此，減小表面摩擦阻力是提高艇體水下航行速度的主要途徑。與此同時(shí)，艇體航行速度是極為重要的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能之一。航速提高意味著潛艇在進(jìn)攻和防御中掌握更大的主動(dòng)權(quán)。因此，對(duì)潛艇減阻提速的研究具有戰(zhàn)略性的意義。目前，人們正在研究用人工方法降阻，如計(jì)算機(jī)模擬設(shè)計(jì)艇體外觀以求通過(guò)對(duì)外形的優(yōu)化設(shè)計(jì)達(dá)到減小阻力效果；通過(guò)在緊貼物體壁面邊界層下面引入大量的微氣泡用以降低物體摩擦阻力；通過(guò)改變水的粘性及密度實(shí)現(xiàn)減阻等。通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬設(shè)計(jì)艇體外觀存在著一些缺點(diǎn)，因?yàn)闆](méi)有完全搞清楚湍流等流態(tài)特性，目前還沒(méi)有普遍適用的數(shù)學(xué)模型， 其次，在數(shù)值計(jì)算上收斂性和精度也有待改進(jìn)。運(yùn)用微氣泡法降低物體摩擦阻力，涉及氣液二相流，邊界層理論及空氣動(dòng)力學(xué)等復(fù)雜問(wèn)題，目前還未形成一套成熟、完備系統(tǒng)。通過(guò)改變水體性質(zhì)實(shí)現(xiàn)減阻存在很大的局限性，不適用于工業(yè)及軍事領(lǐng)域。近年來(lái)，針對(duì)艇體結(jié)構(gòu)、材質(zhì)固定，通過(guò)引進(jìn)功能性納米材料，利用功能性納米材料自身特點(diǎn)，對(duì)艇體進(jìn)行表面改性，實(shí)現(xiàn)減阻提速的研究受到了科學(xué)家的關(guān)注。與其他減阻方法相比，功能性納米材料減阻具有其優(yōu)越的特性不僅材質(zhì)易得，方法簡(jiǎn)易，制備周期短，而且具有可修復(fù)性。因此，功能性納米材料減阻的研究勢(shì)必會(huì)成為一個(gè)熱點(diǎn)而廣受人們關(guān)注。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種基于無(wú)電金屬沉積技術(shù)的減阻超疏水涂層及其制備方法，主要采用無(wú)電金屬沉積技術(shù)和氣相沉積法，在金屬基底上實(shí)現(xiàn)超疏水減阻性能。一種基于無(wú)電金屬沉積技術(shù)的減阻超疏水涂層，其特征在于該涂層是由金屬基底及沉積在基底表面的微納米二元分級(jí)復(fù)合結(jié)構(gòu)組成的貴金屬層，貴金屬層表面修飾有低表面能物質(zhì)。該涂層具有良好的抗腐蝕性和可修復(fù)性。上述金屬基底優(yōu)選銅，貴金屬優(yōu)選金或銀。低表面能物質(zhì)優(yōu)選為正十二烷基硫醇、十八烷基硫醇、氟代硫醇之一。根據(jù)本發(fā)明的基于無(wú)電金屬沉積技術(shù)的減阻超疏水涂層的制備方法，所述方法包括以下步驟1)、用無(wú)水乙醇沖洗金屬基底，沖洗時(shí)間為l-5min，再在室溫下用氮?dú)鈱⒔饘倩妆砻娲蹈桑?)、將步驟1)中所得的金屬基底置于含有貴金屬離子的腐蝕溶液中，靜置 0. 5-10h，取出，用無(wú)水乙醇沖洗，沖洗時(shí)間為l-5min，常溫下干燥；3)、將步驟幻中所得的經(jīng)腐蝕液腐蝕后的金屬基底在低表面能物質(zhì)氣氛下，于常溫常壓下通過(guò)氣相沉積進(jìn)行修飾，沉積時(shí)間為1-3天，取出，其表面即超疏水涂層；4)、步驟幻中所得的超疏水涂層，當(dāng)其部分區(qū)域受損后，可對(duì)此部分采用腐蝕液腐蝕0. 5-10h，取出，用無(wú)水乙醇沖洗，在室溫下干燥，再用低表面能物質(zhì)在常溫常壓下通過(guò)氣相沉積法進(jìn)行修飾，修飾完成后，此受損表面恢復(fù)超疏水性。根據(jù)本發(fā)明的基于無(wú)電金屬沉積技術(shù)的減阻超疏水涂層的制備方法，所述步驟1) 中，所用金屬基底為金屬銅箔，或金屬銅箔膠帶。根據(jù)本發(fā)明的基于無(wú)電金屬沉積技術(shù)的減阻超疏水涂層的制備方法，所述步驟2) 中所用腐蝕溶液為氯金酸溶液，或硝酸銀溶液，其濃度為5-lOmmol/L。根據(jù)本發(fā)明的基于無(wú)電金屬沉積技術(shù)的減阻超疏水涂層的制備方法，所述步驟3) 中所用的低表面能物質(zhì)為正十二烷基硫醇、十八烷基硫醇、氟代硫醇之一。上述步驟O)中的腐蝕溶液也可以采用電化學(xué)沉積的方式將貴金屬沉積在基體表面。本發(fā)明所涉及的基于無(wú)電金屬沉積技術(shù)的減阻超疏水涂層的制備方法，其實(shí)質(zhì)是利用無(wú)電金屬沉積技術(shù)，使金屬金或銀納米顆粒無(wú)序堆疊在金屬銅基底上，利用硫(S)與金(Au)或銀(Ag)之間形成穩(wěn)定的S-Au、S-iVg鍵，依靠這種穩(wěn)定的鍵合力將低表面能物質(zhì)固定于金屬表面。具體結(jié)合方式為硫元素向內(nèi)與金或銀鍵合，長(zhǎng)碳鏈向外降低表面能。即在表面直接修飾一層自組裝硫醇單分子層。經(jīng)過(guò)表面改性后，可以形成一種超疏水的表面， 涂層的水靜態(tài)接觸角在150度以上，滾動(dòng)角在5度以下。入水測(cè)試表明，該發(fā)明的減阻超疏水涂層減阻率達(dá)20%。作為對(duì)比，研究過(guò)程中同時(shí)采用了電化學(xué)沉積法修飾金屬基底，結(jié)果表明，采用本發(fā)明的方法制備的減阻超疏水涂層具有與上述途徑制備的涂層相同的減阻效果。而與電化學(xué)沉積法相比，采用本發(fā)明的方法不僅操作簡(jiǎn)便，材質(zhì)易得，可控性強(qiáng)，而且能耗小，節(jié)能環(huán)保。該發(fā)明具有可修復(fù)性，采用本發(fā)明的方法可在短期內(nèi)迅速恢復(fù)受損區(qū)域的疏水性。該發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單，制作周期短，減阻率高。本發(fā)明的減阻超疏水涂層，在軍事、航海、化工、通訊、環(huán)保等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。1、本發(fā)明的疏水涂層具有良好的疏水效果，可用于海上航行器減阻提速。2、本發(fā)明的疏水涂層具有防腐性能，可以廣泛的應(yīng)用于海中作業(yè)的船舶、設(shè)備，使其不受海水腐蝕，減小設(shè)備能耗。3、本發(fā)明的疏水涂層，可以用于化工廠的管道設(shè)備，實(shí)現(xiàn)原材料低損耗運(yùn)輸。
4、本發(fā)明的疏水涂層，可以用于通訊設(shè)備，如室外天線表面結(jié)冰或積雪會(huì)造成信號(hào)的中斷，采用該疏水涂層可以避免雨水和積雪停留，使通訊不受天氣限制。5、本發(fā)明的疏水涂層，用于環(huán)保行業(yè)，可以實(shí)現(xiàn)自清潔的效果。6、本發(fā)明的疏水涂層制備方法簡(jiǎn)單，操作流程短，減阻效率高。7、本發(fā)明的疏水涂層具有較好的穩(wěn)定性，能夠抗強(qiáng)酸、強(qiáng)堿腐蝕。8、本發(fā)明的疏水涂層具有可循環(huán)使用的特點(diǎn)，多次使用后減阻率仍很高。9、本發(fā)明的疏水涂層具有可修復(fù)性，受損后可采用局部處理方式恢復(fù)疏水性。


圖1.本發(fā)明制備的減阻超疏水涂層掃描電鏡測(cè)試圖；圖2. pH = 1的水溶液滴到本發(fā)明制備的減阻超疏水涂層表面接觸角測(cè)試圖；圖3. pH = 3的水溶液滴到本發(fā)明制備的減阻超疏水涂層表面接觸角測(cè)試圖；圖4. pH = 5的水溶液滴到本發(fā)明制備的減阻超疏水涂層表面接觸角測(cè)試圖；圖5. pH = 7的水溶液滴到本發(fā)明制備的減阻超疏水涂層表面接觸角測(cè)試圖；圖6. pH = 9的水溶液滴到本發(fā)明制備的減阻超疏水涂層表面接觸角測(cè)試圖；圖7. pH = 11的水溶液滴到本發(fā)明制備的減阻超疏水涂層表面接觸角測(cè)試圖；圖8. pH = 13的水溶液滴到本發(fā)明制備的減阻超疏水涂層表面接觸角測(cè)試圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例子及附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的描述對(duì)比例1 1、選用自帶動(dòng)力且動(dòng)力恒定的模型——ZT001仿真電動(dòng)潛水艇模型，將其表面用無(wú)水乙醇沖洗lmin，室溫下氮?dú)獯蹈杀砻妗?、入水測(cè)試將模型置于4. 1 !長(zhǎng)的水槽中，在水面平靜狀態(tài)下，測(cè)試潛艇行駛?cè)趟脮r(shí)間，并記錄所花時(shí)間。對(duì)比例1結(jié)果顯示，該條件下，潛艇模型行駛?cè)逃脮r(shí)12s。實(shí)施例1 1、將金屬銅箔基底密著包覆在潛艇模型表面，潛艇模型與銅箔之間采用雙面膠帶架構(gòu)粘結(jié)。2、用無(wú)水乙醇沖洗包有金屬銅箔的潛艇模型lmin，室溫下氮?dú)獯蹈杀砻妗?、配制所需的氯金酸腐蝕液腐蝕液氯金酸的濃度是5. 0mmol/Lo4、將包有金屬銅箔的潛艇模型浸入到氯金酸腐蝕溶液中，腐蝕0. 后取出，無(wú)水乙醇沖洗表面lmin，常溫下干燥。5、干燥后的潛艇模型置于正十二烷基硫醇的氣氛中，常溫常壓下氣相沉積1天， 取出潛艇模型，表面即超疏水涂層。6、入水測(cè)試將模型置于4. 1 !長(zhǎng)水槽中，在水面平靜狀態(tài)下，在與對(duì)比例相同的動(dòng)力條件下測(cè)試潛艇行駛?cè)趟脮r(shí)間，并記錄所花時(shí)間。實(shí)施例1測(cè)試結(jié)果顯示，包有該發(fā)明涂層的潛艇模型行駛?cè)逃脮r(shí)10s，與對(duì)比例1相比較，模型行駛速度明顯提高，該發(fā)明大大地減小了模型行駛中的阻力，減阻率達(dá)20%。將銅箔基底換做銅箔膠帶可得到同樣效果。實(shí)施例2 1、將金屬銅箔基底密著包覆在潛艇模型表面，潛艇模型與銅箔之間采用雙面膠帶架構(gòu)粘結(jié)。2、用無(wú)水乙醇沖洗包有金屬銅箔的潛艇模型lmin，室溫下氮?dú)獯蹈杀砻妗?、配制所需的氯金酸腐蝕液腐蝕液氯金酸的濃度是7. 5mmol/L。4、將包有金屬銅箔的潛艇模型浸入氯金酸腐蝕溶液中，腐蝕0. 后取出，無(wú)水乙醇沖洗表面lmin，常溫下干燥。5、干燥后的潛艇模型置于正十二烷基硫醇的氣氛中，常溫常壓下氣相沉積1天， 取出潛艇模型，表面即超疏水涂層。6、入水測(cè)試將模型置于4. 1 !長(zhǎng)水槽中，在水面平靜狀態(tài)下，在與對(duì)比例相同的動(dòng)力條件下測(cè)試潛艇行駛?cè)趟脮r(shí)間，并記錄所花時(shí)間。實(shí)施例2測(cè)試結(jié)果顯示，包有該發(fā)明涂層的潛艇模型行駛?cè)逃脮r(shí)10s，與對(duì)比例1相比較，模型行駛速度明顯提高，該發(fā)明大大地減小了模型行駛中的阻力，減阻率達(dá) 20%。將銅箔基底換做銅箔膠帶可得到同樣效果。實(shí)施例3 1、將金屬銅箔基底密著包覆在潛艇模型表面，潛艇模型與銅箔之間采用雙面膠帶架構(gòu)粘結(jié)。2、用無(wú)水乙醇沖洗包有金屬銅箔的潛艇模型lmin，室溫下氮?dú)獯蹈杀砻妗?、配制所需的氯金酸腐蝕液腐蝕液氯金酸的濃度是10. 0mmol/Lo4、將包有金屬銅箔的潛艇模型浸入氯金酸腐蝕溶液中，腐蝕0. 后取出，無(wú)水乙醇沖洗表面lmin，常溫下干燥。5、干燥后的潛艇模型置于正十二烷基硫醇的氣氛中，常溫常壓下氣相沉積1天， 取出潛艇模型，表面即超疏水涂層。6、入水測(cè)試將模型置于4. 1 !長(zhǎng)水槽中，在水面平靜狀態(tài)下，在與對(duì)比例相同的動(dòng)力條件下測(cè)試潛艇行駛?cè)趟脮r(shí)間，并記錄所花時(shí)間。實(shí)施例3測(cè)試結(jié)果顯示，包有該發(fā)明涂層的潛艇模型行駛?cè)逃脮r(shí)10s，與對(duì)比例1相比較，模型行駛速度明顯提高，該發(fā)明大大地減小了模型行駛中的阻力，減阻率達(dá) 20%。將銅箔基底換做銅箔膠帶可得到同樣效果。對(duì)比例1、實(shí)施例1-3表明，當(dāng)腐蝕液濃度在5-lOmmol/L范圍內(nèi)，該發(fā)明的減阻超疏水涂層減阻率相同，均為20%。實(shí)施例4 1、將金屬銅箔基底密著包覆在潛艇模型表面，潛艇模型與銅箔之間采用雙面膠帶架構(gòu)粘結(jié)。2、用無(wú)水乙醇沖洗包有金屬銅箔的潛艇模型3min，室溫下氮?dú)獯蹈杀砻妗?、配制所需的氯金酸腐蝕液腐蝕液氯金酸的濃度是5. 0mmol/Lo
4、將包有金屬銅箔的潛艇模型浸入氯金酸腐蝕溶液中，腐蝕0. 后取出，無(wú)水乙醇沖洗表面3min，常溫下干燥。5、干燥后的潛艇模型置于十八烷基硫醇的氣氛中，常溫常壓下氣相沉積1天，取出潛艇模型，表面即超疏水涂層。6、入水測(cè)試將模型置于4. 1 !長(zhǎng)水槽中，在水面平靜狀態(tài)下，在與對(duì)比例相同的動(dòng)力條件下測(cè)試潛艇行駛?cè)趟脮r(shí)間，并記錄所花時(shí)間。實(shí)施例4測(cè)試結(jié)果顯示，包有該發(fā)明涂層的潛艇模型行駛?cè)逃脮r(shí)10s，與對(duì)比例1相比較，模型行駛速度明顯提高，該發(fā)明大大地減小了模型行駛中的阻力，減阻率達(dá) 20%。將銅箔基底換做銅箔膠帶可得到同樣效果。實(shí)施例5 1、將金屬銅箔基底密著包覆在潛艇模型表面，潛艇模型與銅箔之間采用雙面膠帶架構(gòu)粘結(jié)。2、用無(wú)水乙醇沖洗包有金屬銅箔的潛艇模型5min，室溫下氮?dú)獯蹈杀砻妗?、配制所需的氯金酸腐蝕液腐蝕液氯金酸的濃度是5. 0mmol/Lo4、將包有金屬銅箔的潛艇模型浸入到氯金酸腐蝕溶液中，腐蝕0. 后取出，無(wú)水乙醇沖洗表面5min，常溫下干燥。5、干燥后的潛艇模型置于十八烷基硫醇的氣氛中，常溫常壓下氣相沉積1天，取出潛艇模型，表面即超疏水涂層。6、入水測(cè)試將模型置于4. 1 !長(zhǎng)水槽中，在水面平靜狀態(tài)下，在與對(duì)比例相同的動(dòng)力條件下測(cè)試潛艇行駛?cè)趟脮r(shí)間，并記錄所花時(shí)間。實(shí)施例5測(cè)試結(jié)果顯示，包有該發(fā)明涂層的潛艇模型行駛?cè)逃脮r(shí)10s，與對(duì)比例1相比較，模型行駛速度明顯提高，該發(fā)明大大地減小了模型行駛中的阻力，減阻率達(dá) 20%。將銅箔基底換做銅箔膠帶可得到同樣效果。對(duì)比例1、實(shí)施例1、4、5表明，無(wú)水乙醇沖洗模型表面l-5min范圍內(nèi)，該發(fā)明的減阻超疏水涂層減阻率相同，均為20%。實(shí)施例6 1、將金屬銅箔基底密著包覆在潛艇模型表面，潛艇模型與銅箔之間采用雙面膠帶架構(gòu)粘結(jié)。2、用無(wú)水乙醇沖洗包有金屬銅箔的潛艇模型lmin，室溫下氮?dú)獯蹈杀砻妗?、配制所需的氯金酸腐蝕液腐蝕液氯金酸的濃度是5. 0mmol/Lo4、將包有金屬銅箔的潛艇模型浸入到氯金酸腐蝕溶液中，腐蝕Ih后取出，無(wú)水乙醇沖洗表面lmin，常溫下干燥。5、干燥后的潛艇模型置于氟代硫醇的氣氛中，常溫常壓下氣相沉積1天，取出潛艇模型，表面即超疏水涂層。6、入水測(cè)試將模型置于4. 1 !長(zhǎng)水槽中，在水面平靜狀態(tài)下，在與對(duì)比例相同的動(dòng)力條件下測(cè)試潛艇行駛?cè)趟脮r(shí)間，并記錄所花時(shí)間。實(shí)施例6測(cè)試結(jié)果顯示，包有該發(fā)明涂層的潛艇模型行駛?cè)逃脮r(shí)10s，與對(duì)比例1相比較，模型行駛速度明顯提高，該發(fā)明大大地減小了模型行駛中的阻力，減阻率達(dá) 20%。將銅箔基底換做銅箔膠帶可得到同樣效果。實(shí)施例7 1、將金屬銅箔基底密著包覆在潛艇模型表面，潛艇模型與銅箔之間采用雙面膠帶架構(gòu)粘結(jié)。2、用無(wú)水乙醇沖洗包有金屬銅箔的潛艇模型lmin，室溫下氮?dú)獯蹈杀砻妗?、配制所需的氯金酸腐蝕液腐蝕液氯金酸的濃度是5. 0mmol/Lo4、將包有金屬銅箔的潛艇模型浸入到氯金酸腐蝕溶液中，腐蝕證后取出，無(wú)水乙醇沖洗表面lmin，常溫下干燥。5、干燥后的潛艇模型置于氟代硫醇的氣氛中，常溫常壓下氣相沉積1天，取出潛艇模型，表面即超疏水涂層。6、入水測(cè)試將模型置于4. 1 !長(zhǎng)水槽中，在水面平靜狀態(tài)下，在與對(duì)比例相同的動(dòng)力條件下測(cè)試潛艇行駛?cè)趟脮r(shí)間，并記錄所花時(shí)間。實(shí)施例7測(cè)試結(jié)果顯示，包有該發(fā)明涂層的潛艇模型行駛?cè)逃脮r(shí)10s，與對(duì)比例1相比較，模型行駛速度明顯提高，該發(fā)明大大地減小了模型行駛中的阻力，減阻率達(dá) 20%。將銅箔基底換做銅箔膠帶可得到同樣效果。實(shí)施例8:1、將金屬銅箔基底密著包覆在潛艇模型表面，潛艇模型與銅箔之間采用雙面膠帶架構(gòu)粘結(jié)。2、用無(wú)水乙醇沖洗包有金屬銅箔的潛艇模型lmin，室溫下氮?dú)獯蹈杀砻妗?、配制所需的氯金酸腐蝕液腐蝕液氯金酸的濃度是5. 0mmol/Lo4、將包有金屬銅箔的潛艇模型浸入到氯金酸腐蝕溶液中，腐蝕IOh后取出，無(wú)水乙醇沖洗表面lmin，常溫下干燥。5、干燥后的潛艇模型置于氟代硫醇的氣氛中，常溫常壓下氣相沉積1天，取出潛艇模型，表面即超疏水涂層。6、入水測(cè)試將模型置于4. 1 !!長(zhǎng)水槽中，在水面平靜狀態(tài)下，在與對(duì)比例相同的動(dòng)力條件下測(cè)試潛艇行駛?cè)趟脮r(shí)間，并記錄所花時(shí)間。實(shí)施例8測(cè)試結(jié)果顯示，包有該發(fā)明涂層的潛艇模型行駛?cè)逃脮r(shí)10s，與對(duì)比例1相比較，模型行駛速度明顯提高，該發(fā)明大大地減小了模型行駛中的阻力，減阻率達(dá) 20%。將銅箔基底換做銅箔膠帶可得到同樣效果。實(shí)施例1、6_8表明，模型在腐蝕液中反應(yīng)0. 5-10h范圍內(nèi)，該發(fā)明的減阻超疏水涂層減阻率相同，均為20%。實(shí)施例9:1、將金屬銅箔基底密著包覆在潛艇模型表面，潛艇模型與銅箔之間采用雙面膠帶架構(gòu)粘結(jié)。2、用無(wú)水乙醇沖洗包有金屬銅箔的潛艇模型lmin，室溫下氮?dú)獯蹈杀砻妗?br> 3、配制所需的氯金酸腐蝕液腐蝕液氯金酸的濃度是5. 0mmol/Lo4、將包有金屬銅箔的潛艇模型浸入到氯金酸腐蝕溶液中，腐蝕0. 后取出，無(wú)水乙醇沖洗表面lmin，常溫下干燥。5、干燥后的潛艇模型置于正十二烷基硫醇的氣氛中，常溫常壓下氣相沉積2天， 取出潛艇模型，表面即超疏水涂層。6、入水測(cè)試將模型置于4. 1 !長(zhǎng)水槽中，在水面平靜狀態(tài)下，在與對(duì)比例相同的動(dòng)力條件下測(cè)試潛艇行駛?cè)趟脮r(shí)間，并記錄所花時(shí)間。實(shí)施例9測(cè)試結(jié)果顯示，包有該發(fā)明涂層的潛艇模型行駛?cè)逃脮r(shí)10s，與對(duì)比例1相比較，模型行駛速度明顯提高，該發(fā)明大大地減小了模型行駛中的阻力，減阻率達(dá) 20%。將銅箔基底換做銅箔膠帶可得到同樣效果。實(shí)施例10 1、將金屬銅箔基底密著包覆在潛艇模型表面，潛艇模型與銅箔之間采用雙面膠帶架構(gòu)粘結(jié)。2、用無(wú)水乙醇沖洗包有金屬銅箔的潛艇模型lmin，室溫下氮?dú)獯蹈杀砻妗?、配制所需的氯金酸腐蝕液腐蝕液氯金酸的濃度是5. 0mmol/Lo4、將包有金屬銅箔的潛艇模型浸入到氯金酸腐蝕溶液中，腐蝕0. 后取出，無(wú)水乙醇沖洗表面lmin，常溫下干燥。5、干燥后的潛艇模型置于正十二烷基硫醇的氣氛中，常溫常壓下氣相沉積3天， 取出潛艇模型，表面即超疏水涂層。6、入水測(cè)試將模型置于4. 1 !長(zhǎng)水槽中，在水面平靜狀態(tài)下，在與對(duì)比例相同的動(dòng)力條件下測(cè)試潛艇行駛?cè)趟脮r(shí)間，并記錄所花時(shí)間。7、步驟5中所得的超疏水涂層，當(dāng)其部分區(qū)域受損后，可對(duì)此部分采用腐蝕液腐蝕0. 5-10h，取出，用無(wú)水乙醇沖洗，在室溫下干燥，再用低表面能物質(zhì)在常溫常壓下通過(guò)氣相沉積法進(jìn)行修飾，修飾完成后，此受損表面恢復(fù)超疏水性。實(shí)施例10測(cè)試結(jié)果顯示，包有該發(fā)明涂層的潛艇模型行駛?cè)逃脮r(shí)10s，與對(duì)比例1相比較，模型行駛速度明顯提高，該發(fā)明大大地減小了模型行駛中的阻力，減阻率達(dá) 20%。將銅箔基底換做銅箔膠帶可得到同樣效果。實(shí)施例1、9、10表明，氣相沉積1-3天范圍內(nèi)，該發(fā)明的減阻超疏水涂層減阻率相同，均為20%。實(shí)施例11 1、將金屬銅箔基底密著包覆在潛艇模型表面，潛艇模型與銅箔之間采用雙面膠帶架構(gòu)粘結(jié)。2、用無(wú)水乙醇沖洗包有金屬銅箔的潛艇模型lmin，室溫下氮?dú)獯蹈杀砻妗?、配制所需的氯金酸腐蝕液腐蝕液氯金酸的濃度是5. 0mmol/Lo4、采用電化學(xué)沉積，-200mV電壓下，沉積IOmin后取出，無(wú)水乙醇沖洗表面lmin，
常溫下干燥。5、干燥后的潛艇模型置于正十二烷基硫醇的氣氛中，常溫常壓下氣相沉積1天，取出潛艇模型，表面即超疏水涂層。6、入水測(cè)試將模型置于4. 1 !長(zhǎng)水槽中，在水面平靜狀態(tài)下，測(cè)試潛艇行駛?cè)趟脮r(shí)間，并記錄所花時(shí)間。實(shí)施例11測(cè)試結(jié)果顯示，該條件下，潛艇模型行駛?cè)逃脮r(shí)10s，減阻率達(dá)20%。將銅箔基底換做銅箔膠帶可得到同樣效果。對(duì)比例1、實(shí)施例1、11表明，采用本發(fā)明的方法和電化學(xué)沉積法制備的減阻超疏水涂層減阻率相同，均為20%。實(shí)施例12 1、用無(wú)水乙醇沖洗金屬基底，沖洗時(shí)間為lmin，再在室溫下用氮?dú)鈱⒔饘倩妆砻娲蹈桑?、將步驟1中所得的金屬基底置于5. Ommol/L的氯金酸腐蝕溶液中，靜置0. 5h,取出，用無(wú)水乙醇沖洗，沖洗時(shí)間為lmin，常溫下干燥；3、將步驟2中所得的經(jīng)氯金酸腐蝕液腐蝕后的金屬基底在正十二烷基硫醇?xì)夥障?，于常溫常壓下通過(guò)氣相沉積進(jìn)行修飾，沉積時(shí)間為1天，取出潛艇模型，其表面即超疏水涂層；4、抗酸測(cè)試配制pH = 1的水溶液，用注射器將該溶液滴加到步驟3所得的超疏水涂層表面，觀察腐蝕情況。實(shí)施例12測(cè)試結(jié)果顯示，pH = 1的水溶液下，該發(fā)明的減阻超疏水涂層仍顯示出良好的疏水性，即該發(fā)明的減阻超疏水涂層抗強(qiáng)酸腐蝕。 將銅箔基底換做銅箔膠帶可得到同樣效果。實(shí)施例13 1、用無(wú)水乙醇沖洗金屬基底，沖洗時(shí)間為lmin，再在室溫下用氮?dú)鈱⒔饘倩妆砻娲蹈桑?、將步驟1中所得的金屬基底置于5. Ommol/L的硝酸銀腐蝕溶液中，靜置0.證，取出，用無(wú)水乙醇沖洗，沖洗時(shí)間為lmin，常溫下干燥；3、將步驟2中所得的經(jīng)硝酸銀腐蝕液腐蝕后的金屬基底在正十二烷基硫醇?xì)夥障?，于常溫常壓下通過(guò)氣相沉積進(jìn)行修飾，沉積時(shí)間為1天，取出潛艇模型，其表面即超疏水涂層；4、抗酸測(cè)試配制pH = 3的水溶液，用注射器將該溶液滴加到步驟3所得的超疏水涂層表面，觀察腐蝕情況。實(shí)施例13測(cè)試結(jié)果顯示，pH = 3的水溶液下，該發(fā)明的減阻超疏水涂層仍顯示出良好的疏水性，即該發(fā)明的減阻超疏水涂層抗強(qiáng)酸腐蝕。實(shí)施例14:1、用無(wú)水乙醇沖洗金屬基底，沖洗時(shí)間為lmin，再在室溫下用氮?dú)鈱⒔饘倩妆砻娲蹈桑?、將步驟1中所得的金屬基底置于5. Ommol/L的氯金酸腐蝕溶液中，靜置0.證，取出，用無(wú)水乙醇沖洗，沖洗時(shí)間為lmin，常溫下干燥；3、將步驟2中所得的經(jīng)氯金酸腐蝕液腐蝕后的金屬基底在正十二烷基硫醇?xì)夥障拢诔爻合峦ㄟ^(guò)氣相沉積進(jìn)行修飾，沉積時(shí)間為1天，取出潛艇模型，其表面即超疏水涂層；4、抗酸測(cè)試配制pH = 5的水溶液，用注射器將該溶液滴加到步驟3所得的超疏水涂層表面，觀察腐蝕情況。實(shí)施例14測(cè)試結(jié)果顯示，pH = 5的水溶液下，該發(fā)明的減阻超疏水涂層仍顯示出良好的疏水性，即該發(fā)明的減阻超疏水涂層具有很強(qiáng)的抗酸腐蝕性。實(shí)施例12-14表明，該發(fā)明的減阻超疏水涂層對(duì)于強(qiáng)酸有良好的抗腐蝕性。實(shí)施例15 1、用無(wú)水乙醇沖洗金屬基底，沖洗時(shí)間為lmin，再在室溫下用氮?dú)鈱⒔饘倩妆砻娲蹈桑?、將步驟1中所得的金屬基底置于5. Ommol/L的硝酸銀腐蝕溶液中，靜置0.證，取出，用無(wú)水乙醇沖洗，沖洗時(shí)間為lmin，常溫下干燥；3、將步驟2中所得的經(jīng)硝酸銀腐蝕液腐蝕后的金屬基底在正十二烷基硫醇?xì)夥障拢诔爻合峦ㄟ^(guò)氣相沉積進(jìn)行修飾，沉積時(shí)間為1天，取出潛艇模型，其表面即超疏水涂層；4、抗堿測(cè)試配制pH = 9的水溶液，用注射器將該溶液滴加到步驟3所得的超疏水涂層表面，觀察腐蝕情況。實(shí)施例15測(cè)試結(jié)果顯示，pH = 9的水溶液下，該發(fā)明的減阻超疏水涂層仍顯示出良好的疏水性，即該發(fā)明的減阻超疏水涂層具有很強(qiáng)的抗堿腐蝕性。實(shí)施例16 1、用無(wú)水乙醇沖洗金屬基底，沖洗時(shí)間為lmin，再在室溫下用氮?dú)鈱⒔饘倩妆砻娲蹈桑?、將步驟1中所得的金屬基底置于5. Ommol/L的氯金酸腐蝕溶液中，靜置0. ，取出，用無(wú)水乙醇沖洗，沖洗時(shí)間為lmin，常溫下干燥；3、將步驟2中所得的經(jīng)氯金酸腐蝕液腐蝕后的金屬基底在正十二烷基硫醇?xì)夥障?，于常溫常壓下通過(guò)氣相沉積進(jìn)行修飾，沉積時(shí)間為1天，取出潛艇模型，其表面即超疏水涂層；4、抗堿測(cè)試配制pH = 11的水溶液，用注射器將該溶液滴加到步驟3所得的超疏水涂層表面，觀察腐蝕情況。實(shí)施例16測(cè)試結(jié)果顯示，pH = 11的水溶液下，該發(fā)明的減阻超疏水涂層仍顯示出良好的疏水性，即該發(fā)明的減阻超疏水涂層抗強(qiáng)堿腐蝕。實(shí)施例17:1、用無(wú)水乙醇沖洗金屬基底，沖洗時(shí)間為lmin，再在室溫下用氮?dú)鈱⒔饘倩妆砻娲蹈桑?、將步驟1中所得的金屬基底置于5. Ommol/L的硝酸銀腐蝕溶液中，靜置0.證，取出，用無(wú)水乙醇沖洗，沖洗時(shí)間為lmin，常溫下干燥；3、將步驟2中所得的經(jīng)硝酸銀腐蝕液腐蝕后的金屬基底在正十二烷基硫醇?xì)夥障?，于常溫常壓下通過(guò)氣相沉積進(jìn)行修飾，沉積時(shí)間為1天，取出潛艇模型，其表面即超疏水涂層；4、抗堿測(cè)試配制pH = 13的水溶液，用注射器將該溶液滴加到步驟3所得的超疏水涂層表面，觀察腐蝕情況。實(shí)施例17測(cè)試結(jié)果顯示，pH = 13的水溶液下，該發(fā)明的減阻超疏水涂層仍顯示出良好的疏水性，即該發(fā)明的減阻超疏水涂層抗強(qiáng)堿腐蝕。實(shí)施例15-17表明，該發(fā)明的減阻超疏水涂層對(duì)于強(qiáng)堿有良好的抗腐蝕性。將銅箔基底換做銅箔膠帶可得到同樣效果。本發(fā)明制備的減阻超疏水涂層掃描電鏡測(cè)試圖見(jiàn)圖1 ;pH = 1的水溶液滴到本發(fā)明制備的減阻超疏水涂層表面接觸角測(cè)試圖見(jiàn)圖2 ;pH = 3的水溶液滴到本發(fā)明制備的減阻超疏水涂層表面接觸角測(cè)試圖見(jiàn)圖3 ;pH = 5的水溶液滴到本發(fā)明制備的減阻超疏水涂層表面接觸角測(cè)試圖見(jiàn)圖4 ;pH = 7的水溶液滴到本發(fā)明制備的減阻超疏水涂層表面接觸角測(cè)試圖見(jiàn)圖5 ;pH = 9的水溶液滴到本發(fā)明制備的減阻超疏水涂層表面接觸角測(cè)試圖見(jiàn)圖6 ;pH = 11的水溶液滴到本發(fā)明制備的減阻超疏水涂層表面接觸角測(cè)試圖見(jiàn)圖7 ；pH = 13的水溶液滴到本發(fā)明制備的減阻超疏水涂層表面接觸角測(cè)試圖見(jiàn)圖8。
權(quán)利要求
1.一種基于無(wú)電金屬沉積技術(shù)的減阻超疏水涂層，其特征在于該涂層是由金屬基底及沉積在基底表面的微納米二元分級(jí)復(fù)合結(jié)構(gòu)組成的貴金屬層，貴金屬層表面修飾有低表面能物質(zhì)。
2.權(quán)利要求1所述的一種基于無(wú)電金屬沉積技術(shù)的減阻超疏水涂層，其特征在于金屬基底為銅，貴金屬為金或銀，低表面能物質(zhì)為正十二烷基硫醇、十八烷基硫醇、氟代硫醇。
3.權(quán)利要求1所述的一種基于無(wú)電金屬沉積技術(shù)的減阻超疏水涂層，其特征在于，包括以下步驟1)、用無(wú)水乙醇沖洗金屬基底，沖洗時(shí)間為l-5min，再在室溫下用氮?dú)鈱⒔饘倩妆砻娲蹈桑?)、將步驟1)中所得的金屬基底置于含有貴金屬離子的腐蝕溶液中，靜置0.5-10h，取出，用無(wú)水乙醇沖洗，沖洗時(shí)間為l-5min，常溫下干燥；3)、將步驟2、中所得的經(jīng)腐蝕液腐蝕后的金屬基底在低表面能物質(zhì)氣氛下，于常溫常壓下通過(guò)氣相沉積進(jìn)行修飾，沉積時(shí)間為1-3天，取出，其表面即超疏水涂層；4)、步驟幻中所得的超疏水涂層，當(dāng)其部分區(qū)域受損后，可對(duì)此部分采用腐蝕液腐蝕 0. 5-10h,取出，用無(wú)水乙醇沖洗，在室溫下干燥，再用低表面能物質(zhì)在常溫常壓下通過(guò)氣相沉積法進(jìn)行修飾，修飾完成后，此受損表面恢復(fù)超疏水性。
4.按照權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所用金屬基底為金屬銅箔或金屬銅箔膠帶，腐蝕溶液為氯金酸溶液或硝酸銀溶液。
5.按照權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，氯金酸溶液或硝酸銀溶液的濃度為 5-10mmol/Lo
6.按照權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，低表面能物質(zhì)為正十二烷基硫醇、十八烷基硫醇、氟代硫醇之一。
全文摘要
一種減阻超疏水涂層及其制備方法，屬于功能性納米材料應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。該發(fā)明在基底上采用無(wú)電金屬沉積技術(shù)，在基底上構(gòu)筑貴金屬的微納米二元分級(jí)復(fù)合結(jié)構(gòu)，經(jīng)低表面能物質(zhì)修飾，涂層的水靜態(tài)接觸角在150度以上，滾動(dòng)角在5度以下。將該發(fā)明應(yīng)用于自帶動(dòng)力的模型，模型行駛速度顯著增加，減阻率高達(dá)20％。該發(fā)明的減阻超疏水涂層具有良好的抗腐蝕性，可耐強(qiáng)酸、強(qiáng)堿溶液腐蝕。該發(fā)明具有可修復(fù)性，采用本發(fā)明的方法可在短期內(nèi)迅速恢復(fù)受損區(qū)域的疏水性。該發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單，制作周期短，減阻率高。
文檔編號(hào)C23C14/12GK102492942SQ20111039683
公開(kāi)日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月2日
發(fā)明者石峰, 董紅玉 申請(qǐng)人:北京化工大學(xué)