[发明专利]一种制备铜基超疏水表面的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铜基表面的制备方法，具体地涉及一种铜基超疏水表面的制备方法。

背景技术

自然界中存在一些超疏水现象，例如，当水滴落在荷叶上时，水与荷叶形成接近170°的接触角，聚集成珠状而不铺展，极度疏水。水滴在荷叶表面上可以实现自由滚动，当水滴(如雨水、露水等)滚动时，可以将附着在表面上的灰尘等污染物带走，从而使表面保持清洁，称这样的表面为荷叶效应表面，又称超疏水表面。

荷叶效应的形成，一方面在于其表面上具有低表面能的化学成分，另一方面在于荷叶表面的双微观结构，即由细胞组成的乳瘤形成的直径5～9微米(μm)、高度1～20μm的微米级结构和乳突表面分布的直径124nm的纳米级绒毛结构。美国密歇根大学的一项研究(Cheng，Y.T.，Rodak，D.E.，Wong，C.A.，et al.(2006).Effects of micro-and nano-structures on the self-cleaning behaviour of lotus leaves.Nanotechnology，17(5)，1359-1362)表明，含有两种结构的荷叶的接触角为142°，只含有微米结构的荷叶接触角为126°，单独只含蜡质表面的接触角为74°。说明微观结构是形成超疏水表面的必要条件。

铜基超疏水表面可在滴状冷凝、防腐蚀、管道减阻和防结垢等很多领域有重要应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备铜基超疏水表面的方法。

为实现上述目的，本发明提供的制备方法其主要步骤是：

1)将铜基表面打磨平整并抛光；

2)将铜基浸泡在6×10^-3mol/L-8×10^-3mol/L的HNO₃溶液中刻蚀片刻取出，用水冲洗吹干；

3)均匀喷覆5×10^-4mol/L-8×10^-4mol/L的醋酸，于室温下、相对湿度50％以上、阴干后再次喷覆5×10^-4mol/L-8×10^-4mol/L的醋酸，待铜基表面上形成遍布绿色斑点的表面层；

4)将步骤3的铜基放入烘箱中于300±50℃下烘烤取出，置于空气中至冷却，

5)将步骤4处理后的铜基浸泡在1.0×10^-6mol/L-2.0×10^-6mol/L正十八硫醇(或十二硫醇)的乙醇溶液，40-60℃水浴中浸泡，完成自组装过程；取出铜基用无水乙醇冲洗，吹干。

本发明从仿生学角度出发，提供的表面处理工艺方法，可在铜材表面制备具有多重微观结构的氧化层，再通过正十八硫醇自组装膜进行疏水化处理，即可获得了接触角大于150°的超疏水表面。

附图说明

图1是本发明制备的铜基超疏水表面的扫描电镜图片。

具体实施方式

1)样品准备：基材选用纯度＞95％(质量)的紫铜，样品形状和尺寸不限，本实施例以厚度约2mm的紫铜片为例。首先要将表面打磨平整并抛光，可以采用规格为800目、1000目、1500目金相砂纸逐级手工抛光，或选用水溶性研磨膏(金刚石w0.5)在抛光机上抛光，以表面平整光洁、无氧化层为度。将抛光的铜片剪裁成30mm×10mm试样，分别以蒸馏水和乙醇或丙酮冲洗，去除铜表面研磨膏等油污。

2)制备具有多重微观结构的氧化层：清洗后的试样浸泡在6×10^-3mol/L的HNO₃溶液中刻蚀15～30s，取出后用大量蒸馏水冲洗，吹干，以喷雾器在试样表面上空5～10cm处均匀喷覆7×10^-4mol/L的醋酸酸雾，以略沾湿试样为宜，不可汇集成流。将试样放置在室温、相对湿度50％以上、阳光不能直接照射的环境下，24小时后再次喷覆7×10^-4mol/L的醋酸。48小时后表面上将形成一层遍布绿色斑点的表面层，主要为青绿色细小颗粒或无定形粉末，即铜绿。铜绿主要成分是碱性碳酸铜和水合醋酸铜的混合物，其生成机理如下：

2Cu+H₂O(g)+O₂+CO₂→Cu₂(OH)₂CO₃                    (1)