[发明专利]梯度阴极沉积法制备低温高湿液滴驱动铜丝的方法

说明书

本发明公开了一种梯度阴极沉积法制备低温高湿液滴驱动铜丝的方法，属于界面化学技术领域。本发明利用气泡模板法和梯度阴极沉积方法相结合的处理技术，以仿蜘蛛丝纺锤节表面高湿环境中特殊浸润性质为理论基础，创新地利用一步法在浸润性梯度锥形铜表面上引入一个纳米结构差异性梯度，解决了浸润性梯度表面在低温高湿环境中失效的技术问题，实现了铜表面低温高湿环境下液滴可控驱动的提高。本发明可用于不同金属材料基底，操作简单，周期短，成本低，可用于大规模生产。

技术领域

本发明属于界面化学和液滴驱动技术领域，具体涉及一种梯度阴极沉积法制备低温高湿液滴驱动铜丝的方法。

背景技术

由于液滴驱动在人工冷凝器、集水、微流体等领域中的广泛应用，液滴驱动受到越来越多的关注。在微观领域，表面张力成为了一个重要的实现液滴自驱动的动力，然而在低温高湿环境下，由于表面结构被液膜覆盖，浸润性梯度力会失去其功效，现存的能在低温高湿环境下进行液滴驱动的功能性表面不仅需要添加外部振动力，制备方法也特别复杂，因此如何用简单的方法在低温高湿的环境下进行液滴驱动成为了一个难题。

发明内容

本发明通过对在湿度环境中具有特殊浸润性的蜘蛛丝的研究和模仿，制备出梯度多孔微纳米结构表面，为液滴驱动表面设计提供了新的思路。本发明通过利用铜表面本身固有的浸润性和导电性，结合气泡模板与梯度阴极沉积处理技术，以仿蜘蛛丝在湿度环境中特殊浸润性性质为理论基础，制备出了同时具有浸润性梯度、曲率梯度的多孔铜表面，同时创新地利用一步法在浸润性梯度锥形铜表面上引入一个纳米结构差异性梯度，解决了浸润性梯度表面在低温高湿环境中失效的技术问题，实现了铜表面低温高湿环境下液滴可控驱动的提高；并且本发明制备方法简单，产品成本低，使用方便，可以大规模生产。

本发明提供一种梯度阴极沉积法制备低温高湿液滴驱动铜丝的方法，包括如下步骤：

第一步，电解液的制备。

第二步，铜丝表面预处理。

第三步，梯度阴极沉积法制备梯度多孔微纳米结构表面。

以铜丝为阴极，环形铜片为阳极，逐渐降低电解液的液面高度，初始电流值为2.82A，设置液体流速为11.78×10^-5L/h；直到液面降低都铜丝底部以下，停止沉积，得到具有梯度多孔微纳米结构表面的铜丝。

所述铜丝在电解液中的部分，从顶部到底部，直径逐渐增加，铜丝表面具有微米级孔洞直径逐渐增多，孔洞内有纳米针结构，所述的纳米针结构从顶部到底部逐渐增多。并且在最终制备的铜丝中间到底部的位置有二价铜的化合物氧化铜出现。

在2cm长的铜丝上，水滴在铜丝上的接触角逐渐从70.3°递减至0°。在空气湿度100％，温度从5℃到-5℃的条件下，液滴沿着铜丝表面的梯度方向的运动距离可以从1.5mm增加至7mm，表现出低温高湿条件下的较长传输距离。

本发明的优点在于：

1、本发明通过利用铜表面本身固有的浸润性和导电性，结合气泡模板与梯度阴极沉积处理技术，以仿蜘蛛丝在湿度环境中特殊浸润性性质为理论基础，制备出了同时具有浸润性梯度和曲率梯度的多孔铜表面，同时创新地利用一步法在浸润性梯度锥形铜表面上引入一个纳米结构差异性梯度，解决了浸润性梯度表面在低温高湿环境中失效的技术问题，实现了铜表面低温高湿环境下液滴可控驱动的提高。

2、本发明制备的梯度多孔微纳米结构铜丝表面，有效的解决了低温高湿下液滴驱动距离控制的问题，利用梯度阴极沉积处理技术在铜表面引入了一个单向的浸润性梯度力，伴随着曲率梯度力及纳米结构差异性梯度产生的小液滴合并力，解决了低温高湿环境中液滴驱动距离控制的技术问题，进一步实现了铜丝表面可控液滴驱动的提高。

3、本发明使用的气泡模板法与梯度阴极沉积处理相结合的技术，可通过简单的调控电解质溶液的浓度及加入修饰剂来控制铜表面孔结构及形貌，从而实现液滴驱动的调节。