Page 46 - 《精细化工》2021年第11期
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·2192· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 38 卷
位于外表面的适当位置（图 4），从而在一定程度 定的双疏表面。刻蚀过的基材通过微-纳结构表面羟
上避免或减少活性基团和外界的机械接触，使材料 基等官能团与低表面能物质结合，以降低表面能。
获得良好的机械稳定性。 这种处理方法通常适用于金属和玻璃等无机类基
基材特殊形貌可以通过物理或化学方法获得， 材。此方法操作简单，但表面形貌控制难度大，刻
如刻蚀法、电化学沉积等。经过处理的基材表面形 蚀剂对环境的污染也不容忽视。
成随机粗糙度或者规整的凹凸结构，再通过对基材
表面进行改性或者覆盖双疏材料，制备机械稳定疏
水疏油表面。机械稳定的双疏表面也可以利用基材
原有的形貌进行构建。下面，将按基材微结构的构
造方式分类进行讨论。
2.1 化学刻蚀
a—经过刻蚀和超声波清洗后的台阶状微尺度形貌；b—在蚀刻和
化学刻蚀法是使用腐蚀性/反应性化学试剂，直
洗涤步骤后，经过热水处理后的微-纳米级分层形貌
接将基材通过化学反应腐蚀掉一部分，以获得具有
随机粗糙度基材的方法。在此基础上，对特殊形貌 图 6 铝表面的 SEM 图 [37] [37]
基材进行改性制备机械稳定的双疏表面。XU 等 [36] Fig. 6 SEM images of Al surfaces
采用化学微刻蚀法，通过 NaOH 溶液在网格铝衬底 2.2 电化学刻蚀
上形成微米尺寸的粗糙度，用 1H,1H,2H,2H-全氟烷 电化学刻蚀是将金属基材作为阳极，通过电化
基三甲氧基硅烷降低网格基底的表面能，并与表面 学方法获得具有特殊形貌的基材，用于制备机械稳
的—OH 结合，制备了表面涂有纳米绒毛层的超双 定的双疏表面。CAI 等 [38] 通过电化学腐蚀使泡沫铜
疏铝合金网。以水和甘油为试液时，表面接触角分 粗糙化，然后使用喷涂技术将复合填料填充入多孔
别为 158°和 163°。经过 100 cm 长度的砂纸摩擦后， 骨架结构制造块状 Janus 材料（BJM）。与具有与
双疏铝网的水和油接触角仍然>120°，说明该表面具 荷叶相似特征的 Janus 材料相比，BJM 在空气中表
有良好的机械稳定性。该铝网还具有良好的耐腐蚀 现出超双疏性，在水下则表现出超疏油性。研究发
性，并能在低温下长期保持双疏功能。ZHAO 等 [37] 现，BJM 表面在经过手指擦拭、刀刮、沙子冲击、
采用 CuCl 2 水溶液对铝表面进行刻蚀，然后在热水 胶带剥离，甚至用砂纸进行 100 次磨损循环后，仍
中浸泡得到花瓣状微-纳米结构（图 6a、b），并使 对液体保持了超强的排斥性。BJM 三维多孔基底和
用氟烷基磷酸改性，以获得超高韧性双疏铝表面。 无机黏结剂之间的协同效应使得该表面在各种苛刻
在 4 min 刻蚀和 4 min 热水处理的最佳条件下，水和 的机械损伤条件下仍能保持润湿性能。BAO 等 [39]
油静态接触角分别为 170°和 157°。用速度和动能分 使用电化学方法在 SiC/Al 复合材料上蚀刻出微-纳
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别为 2.2 m/s 和 6.3×10 J 的金刚砂颗粒流从下降高 尺寸的双层结构，用沸水处理蚀刻后的样品，会在
度为 30 cm 向双疏铝表面进行冲击，被冲击过后的 分层特征上生成直径 20~30 nm 纳米线状结构（图
表面仍具有双疏性能，表明其具有良好的机械稳定 7）。在最佳工艺条件下，可以获得超疏水表面，其
性。同时，该表面还具有良好的耐火性能，在高温 水接触角可达 161.2°，滑动角可达 2.0°，并且某些
下对双疏铝表面进行煅烧，其形貌并未发生变化， 低表面张力液体（包括橄榄油、大豆油和十六烷）
水和油接触角>150°。 的接触角相当高。与纯铝相比，通过电化学腐蚀后
化学刻蚀法可以直接在基材上获得微-纳米结 的 SiC/Al 复合材料获得的双疏表面均具有更好的机
构，使用低表面能物质进行修饰，即可得到机械稳 械稳定性。
图 7 双疏 SiC/Al 表面形成及分析过程示意图 [39]
Fig. 7 Schematic diagrams of the superamphiphobic SiC/Al surface preparation and analysis procedures for the samples [39]
