【CN109881193A】一种三维三级微纳结构的稳定超疏水金属表面及制备方法【专利】

(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 (43)申请公布日 (21)申请号 201910338618.1

(22)申请日 2019.04.25

(71)申请人 清华大学

地址 100084 北京市海淀区100084信箱82

分箱清华大学专利办公室

(72)发明人 钟敏霖　张红军　潘瑞　

(74)专利代理机构 北京鸿元知识产权代理有限

公司 11327

代理人 邸更岩

(51)Int.Cl.

C23C 22/63(2006.01)

C23C 22/78(2006.01)

C23C 22/83(2006.01)

B82Y 30/00(2011.01)

B82Y 40/00(2011.01)

(54)发明名称

一种三维三级微纳结构的稳定超疏水金属

表面及制备方法

(57)摘要

一种三维三级微纳结构的稳定超疏水金属

表面及制备方法，属于结构化功能表面技术领

域。该金属表面含有三级微纳结构，该结构以分

布在金属基材表面的三维微米锥结构为基础，在

微米锥表面分布有呈辐射状密集生长的一维纳

米棒、纳米管或二维纳米片，且在微米锥表面以

及在微米锥与微米锥之间弥散分布有微米球或

微米花。其制备方法采用超快激光烧蚀与化学氧

化法相结合的复合方法制备，再经由低自由能表

面化学修饰，从而实现高稳定超疏水自清洁功

能，可承受高达1400Pa的拉普拉斯压力仍保持大

于150°的接触角。本方法具有高效、可控及适合

大面积制备等优势，可广泛应用于超疏水自清

洁、抗结冰、抗腐蚀、抗污、抗菌、集水、减阻、油水

分离等应用领域。权利要求书1页 说明书7页 附图3页CN 109881193 A 2019.06.14

C N 109881193

A

权　利　要　求　书1/1页CN 109881193 A

1.一种三维三级微纳结构的稳定超疏水金属表面，其特征在于：所述的超疏水金属表面含有三级微纳结构；该三级微纳结构以密集且周期分布在金属基材表面的三维微米锥结构为基础，在微米锥表面分布有呈辐射状密集生长的一维纳米棒、纳米管和二维纳米片中的一种或几种；且在微米锥表面或在微米锥与微米锥之间弥散分布有微米球和微米花中的一种或两种。

2.如权利要求1所述的一种三维三级微纳结构的稳定超疏水金属表面，其特征在于：所述微米花和微米球分别由纳米带状结构和片状结构堆叠生长而成。

3.如权利要求1所述的一种三维三级微纳结构的稳定超疏水金属表面，其特征在于，所述的一维纳米棒和纳米管的直径为10～500nm，长度为500nm～30μm；所述二维纳米片的长度为1nm～2μm、宽度为1nm～2μm；所述微米球和微米花的直径为500nm～10μm。

4.如权利要求1、2或3所述的一种三维三级微纳结构的稳定超疏水金属表面，其特征在于，所述三维微米锥结构的内部化学成分为金属，表层为对应的金属氧化物。

5.如权利要求1、2或3所述的一种三维三级微纳结构的稳定超疏水金属表面，其特征在于，所述一维或二维纳米结构的成分为金属氧化物或氢氧化物，所述微米球和微米花的成分为金属氧化物。

6.如权利要求1任一权利要求所述的一种三维三级微纳结构的稳定超疏水金属表面，其特征在于，所述密集且周期分布在金属基材表的三维微米锥结构的高度为20～90μm，底部直径为30～60μm，周期为30～120μm。

7.如权利要求1所述的一种三维三级微纳结构的稳定超疏水金属表面的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

1)金属基材的预处理：使其表面平整光滑，去除氧化层，并依次在无水乙醇和丙酮溶液中进行超声清洗；

2)金属基材表面密集微米锥结构的制备：利用高功率超快脉冲激光，在金属表面进行选择性图案化烧蚀，使金属基材表面形成密集且周期分布的三维微米锥结构；

3)将密集且周期分布的三维微米锥结构的表面样品置于制备好的氧化反应体系中，进行氧化反应；所述氧化反应体系为摩尔浓度为0.1～0.3mol/L的过硫酸氨与摩尔浓度为1～5mol/L的氢氧化钠或氢氧化钾的混合水溶液；使三维微米锥结构表面形成辐射状密集分布的纳米结构，以及在微米锥表面和微米锥与微米锥之间生成微米球或微米花结构，从而形成由三维三级复杂微纳结构构成的金属表面样品；

4)表面化学改性处理：将步骤3)中的金属表面样品置于培养皿中，在马弗炉中采用气相沉积法进行氟化处理，处理温度为60～120℃，处理时间为1～2小时；取出后置于室内冷却，即得到所述三维三级微纳结构的稳定超疏水金属表面。

8.根据权利要求7所述的一种三维三级微纳结构的稳定超疏水金属表面的制备方法，其特征在于：在步骤2)中，所述超快脉冲激光为皮秒或飞秒激光。

9.根据权利要求7或8所述的一种三维三级微纳结构的稳定超疏水金属表面的制备方法，其特征在于：在步骤3)中，所述氧化反应温度为25～200℃，所述氧化反应时间为10min ～24h。

10.根据权利要求9所述的一种三维三级微纳结构的稳定超疏水金属表面的制备方法，其特征在于：步骤4)中，所述氟化处理采用的氟化剂为全氟癸基三甲氧基硅烷或者月桂酸。

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