[发明专利]一种铜基梯度接触角功能表面及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及功能材料领域，特别涉及一种用于赋予铜基表面具有接触角连续性变化特征的制备工艺。

背景技术

功能梯度材料是指材料的功能，如组分、结构、性能随空间或时间连续变化或阶梯变化的一种高性能材料。接触角是用来衡量材料表面润湿性的重要物理量，一般接触角越小，表面能越大。梯度接触角表面指材料表面接触角沿表面某个方向梯度连续性变化。铜作为一种功能材料，在传热、导电等工程领域展现出了广阔应用前景。然而，以铜为底材制备梯度接触角表面却鲜有报道，相关报道中，也是通过表面化学组成的改变对铜基表面的润湿性进行调控；如：D.B.Zhu等在《ChemPhysChem》（2005年第6卷第1475～1478页）发表的《Manipulation of surface wettability between superhydrophobicity and superhydrophilicity on copper films》（铜膜表面在超疏水和超亲水之间的润湿调控）文章中，报道了在具有微/纳米双微观结构的铜膜表面，通过脂肪酸对其表面的吸附，可以调控表面接触角，润湿性可以实现单调变化。此方法需要经过两步：第一步通过两步电沉积法，在基底表面实现具有荷叶结构的双微观表面；第二步在双微观表面通过不同链长的脂肪酸分子与铜之间的酸碱反应形成自组装层对表面进行修饰，链长的分子接触角高，链短的分子接触角低，以此改变表面接触角。此制备方法复杂，所需设备昂贵，限制了铜基接触角表面的进一步应用。另外，梯度润湿表面的耐水性及耐热性较差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种铜基梯度接触角功能表面，是以固-液界面氧化为基础，在铜底上制备出了具有一定润湿范围的梯度接触角表面。得到的梯度润湿表面具有良好耐水性和耐热性。

本发明另一目的在于提供上述铜基梯度接触角功能表面的制备方法，本发明方法简单易行，成本低廉。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种铜基梯度接触角功能表面的制备方法，包括如下步骤：

（1）将表面光滑平整的铜片置于清洗液中，浸泡清洗（一般10～30分钟），得到干净铜片；

（2）以质量份数计，将2～15份碱性溶液A，0～10份氧化性溶液B和10～30份蒸馏水混合后，搅拌，得到溶液C；

（3）将步骤（1）得到的干净铜片竖直放置于敞口容器中，并向容器中滴加溶液C，保证在10～40分钟滴加完毕时，铜片上沿刚好被溶液C完全浸润，得到预功能表面；

（4）将步骤（3）得到的预功能表面置于蒸馏水中清洗（一般2～3次）后，干燥，得到铜基梯度接触角功能表面。

优选地，步骤（2）所述碱性溶液A为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氢氧化钙溶液、碳酸钾溶液、碳酸氢钾溶液、碳酸钠溶液和碳酸氢钠溶液中的一种以上；所述氧化性溶液B为过硫酸铵溶液、过硫酸钾溶液、过硫酸钠溶液和过氧化氢溶液中的一种以上。

优选地，步骤（2）所述碱性溶液A和氧化性溶液B的浓度均为0.01mol/L～10mol/L。

优选地，将步骤（4）制得的梯度接触角功能表面进一步处理：在80～100℃蒸馏水中加热1～4h，加热前后表面同一位置接触角差值≤10°。

优选地，步骤（1）中所述清洗液使用丙酮、乙醇和蒸馏水中的一种或依次使用两种以上。

优选地，步骤（2）中所述搅拌的转速为10～20转/分钟，时间5～10分钟。

优选地，步骤（4）所述干燥的温度为40～60℃。

上述方法制备的铜基梯度接触角功能表面，其梯度接触角连续性单调变化。

优选地，所述梯度接触角变化范围为95°±3°～5°±3°。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1.所制备的功能表面具有梯度接触角连续单调变化的特征。

2.所制备的功能表面能够实现接触角在一定范围内的变化。

3.所制备的功能表面具有良好的耐水性和耐热性。

4.所制备的功能表面直接以铜基为底材，扩大了工程材料铜的应用范围，为铜基梯度润湿表面在工程传热领域，如微热管相变传热的进一步应用打下了坚实基础。

5.本发明原料获取容易，制备方法简单易行，成本低廉，有利于进一步推广。

具体实施方式

为更好理解本发明，下面结合实施例对本发明详细的说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于实施例表示的范围。本发明所有接触角数据均采用拟合分析法测量。