[发明专利]一种铜基定向超疏水材料的制备方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种超疏水材料技术领域，特别涉及一种铜基定向超疏水材料的制备方法。

(二)背景技术

超疏水材料因为其特殊的表面结构和较低的表面自由能，能与水保持非常小的接触面，从而起到防湿、凝水、防雾、减阻等作用，这些特性已经被直观地应用到了干燥、自清洁、导流等领域。铜具有良好的导热和导电性能，在铜及其合金表面上制备超疏水薄膜可以兼具导热和疏水性能，在冷凝设备、微电子器件领域用途广泛。但在某些特殊领域，还需具备定向和快速疏水的功能，而具有定向超疏水的铜及铜合金仍未见报道。

定向超疏水结构是在一定的方向上具有非常优异的润湿性能，表现为静态接触角和滚动角差异，在定向排水领域有着广阔的应用前景。但定向超疏水必须具备有微-纳结构上的各向异性，这一点对工艺要求非常高，缺点很多，例如现在常用纳米雕刻技术，设备过于精细，周期也非常的长。而直接从水稻叶上复型的工艺又有着形状单一，无法灵活应用的缺点。所以开发一种简单实用的制备方法，是推广应用定向铜及铜合金超疏水材料的关键。

(三)发明内容

本发明目的是提供一种工艺简单、成本低廉、性能优异的铜基(铜或铜合金)定向超疏水材料的制备方法。

本发明采用的技术方案是：

一种制备铜基定向超疏水材料的方法，所述方法为：(1)以针状的金属丝或合成纤维为模板，先将模板与纯铝片(纯度大于96.0％)或纯铜片(纯度大于96.0％)置于无水乙醇或丙酮中清洗并浸泡1h，80℃烘干，去除表面污垢后得到预处理后的模板和预处理后的纯铝片或纯铜片，将预处理后的模板排列在预处理后的纯铝片或纯铜片上，20～200MPa压力下，压制50～100s，优选60～80s，剥离模板后获得压制后的纯铝片或纯铜片，取出压制后的纯铝片或纯铜片用去离子水洗涤，吹干，置于刻蚀试剂中浸泡10～50s，获得带有与所述模板相应凹陷的前躯体；所述模板为径宽5～40μm的金属丝或合成纤维，或者是所述金属丝或合成纤维编织成的网或毡，所述刻蚀试剂为质量浓度0～40％盐酸水溶液和质量浓度20～40氢氟酸水溶液以体积比1∶0.5～2的混合溶液；(2)将步骤(1)制得的所述的前躯体置于电铸溶液中作为阴极，以铜板作为阳极，在室温、通电流的条件下，进行电铸复型，持续2h，复型结束后去除所述的前躯体，获得电铸铜片，将电铸铜片置于硅烷偶联剂混合溶液中，浸泡1～2h，再在90～140℃固化1～4h，优选2h，获得所述的铜基定向超疏水材料；所述电铸溶液终浓度组成为：CuSO₄·5H₂O 100～400g/L，H₂SO₄20～80g/L，表面活性剂0.01～0.1g/L，所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠、甲酰胺、聚乙二醇或十六烷基溴化铵中的一种或两种以上混合；所述硅烷偶联剂混合溶液为硅烷偶联剂与无水乙醇(分析纯)和水以体积比1∶6.7～10∶23.3～26.7的混合溶液，步骤(2)所述硅烷偶联剂如式(I)所示：

Y(CH₂)_nSiX₃

(I)

式(I)中Y为乙烯基、氨基、环氧基、甲基丙烯酰氧基、巯基或脲基，X为氯基、甲氧基、乙氧基、甲氧基乙氧基或乙酰氧基，n为1的自然数。步骤(2)所述硅烷偶联剂优选为下列之一：1，2-二-(三乙氧基硅基)乙烷(BTSE)或十二烷基三甲氧基硅烷(DTMS).

步骤(1)所述金属丝优选为下列之一：铜丝、不锈钢丝、铝丝或钛丝，所述合成纤维适合多种合成纤维，优选为下列之一：碳纤维、玻璃纤维、聚酯纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维或聚四氟乙烯纤维。

进一步，步骤(1)模板为金属丝或合成纤维编织成网孔大小20～60μm×40～200μm的网或毡。

步骤(1)模板先用机械打磨，再在盐酸、氢氟酸和水以质量比28.1∶2.2∶69.7的混合溶液中缓慢腐蚀直至模板径宽在40μm左右(35～45μm)。

步骤(2)所述硅烷偶联剂混合溶液的按如下步骤制备：将硅烷偶联剂与无水乙醇(分析纯)和水以体积比1∶6.7～10∶23.3～26.7混合，30～40℃搅拌进行活化40～48h，活化充分后获得硅烷偶联剂混合溶液。

本发明所述的电铸复型是指前躯体置于电铸溶液中作为阴极，以铜板作为阳极，在室温及通电流的条件下进行。

本发明所述的纯铝片为：3303，1066等纯度大于96。0％的常用工业铝，所述纯铜片为：1号，2号，1083的等杂质含量小于0.3的工业纯铜。