[发明专利]一种水下气泡反浮力单向导通复合铜网及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于功能材料及流体控制技术领域，特别涉及用于微流体控制设计领域，具体涉及一种可实现水下气泡反浮力单向导通的复合铜网及其制备方法。

背景技术

表面浸润性是固体表面的一个重要属性，固体表面浸润性主要由两个方面的因素决定:一是表面化学组成，二是表面微观结构。随着科研工作者们对各种特殊浸润性表面的深入研究，特殊浸润性材料的制备方法不断涌现。近年来Janus材料(Angew.Chem.Int.Ed.2016,55,13398–13407)受到越来越多的关注，很多的文献也已经报道了通过不同的方法制备具有不同特殊浸润性组合的Janus表面。

水相中存在着大量的气泡，有时候气泡的存在具有积极的作用，如海洋中加快热交换，改善细矿物颗粒的浮选回收。然而，气泡的存在也有可能造成严重的损害，例如，开采原油时，油水混合物中含有的气体(二氧化碳、硫化氢和氧气)导致输油管道的严重腐蚀。因此，关于气泡的定向操作仍然是具有挑战性的课题，并在实际工业方面中具有很大的应用价值，如流体的管道运输，海洋船舶的防腐和发泡过程的控制。特殊表面浸润性材料研究对于解决这种问题具有很大希望。

发明内容

本发明提供一种水下气泡反浮力单向导通复合铜网及其制备方法，用于实现水下气泡运输方向的控制，该方法制备流程简单，制备成本低，实施方便，可进行大规模推广。所述的控制气泡运输方向的复合铜网是由水下亲气铜网和水下疏气铜网组合得到。经过预处理的铜网通过氨碱混合溶液蚀刻，获得具有水下疏气性质的疏气铜网；再用正十二烷基硫醇-乙醇溶液或正十四烷基硫醇-乙醇溶液对疏气铜网进行改性使其表面能降低，制得具有水下亲气性质的亲气铜网；最后将上述水下疏气铜网和水下亲气铜网用AB胶或夹子紧密贴合即制得所述的控制水下气泡运输方向的复合铜网。所述的亲气是指气泡在水中固体表面接触角小于90°，所述的疏气是指气泡在水中固体表面接触角大于90°。

本发明所述的一种水下气泡反浮力单向导通的复合铜网可以控制水下气泡的运输方向，所述的复合铜网的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤一，铜网预处理；

将孔径为190～540μm的铜网浸入乙醇中，超声清洗13～17min，用去离子水洗净，再浸入1.5～2.5M盐酸溶液中，超声清洗13～17min，用去离子水洗净，晾干，备用；

步骤二，制备水下疏气铜网；

将氢氧化钠溶液与过硫酸铵溶液混合，搅拌均匀得到混合溶液，将预处理的铜网浸入混合溶液中反应7～9min后取出，用去离子水洗净，晾干，得到水下疏气铜网，备用；

所述的氢氧化钠溶液的浓度为3.5～4.5M，所述的过硫酸铵溶液的浓度为0.25～0.35M；所述的混合溶液中氢氧化钠溶液与过硫酸铵溶液的体积比为1:0.7～1:1.3。

步骤三，制备水下亲气铜网；

取步骤二制备的水下疏气铜网，用乙醇润洗后，将水下疏气铜网浸入到正十二烷基硫醇-乙醇溶液或正十四烷基硫醇-乙醇溶液中进行表面修饰，反应结束后取出铜网，再用乙醇清洗，晾干，得到水下亲气铜网，备用；

所述的正十二烷基硫醇-乙醇溶液或正十四烷基硫醇-乙醇溶液的浓度为1～1.4mM；所述的表面修饰的时间是10～14h。

步骤四，制备水下气泡反浮力单向导通的复合铜网；

将步骤二制备的水下疏气铜网与步骤三制备的水下亲气铜网用夹子或者AB胶使其紧密贴合，制得气泡反浮力单向导通复合铜网。

所述的气泡反浮力单向导通复合铜网，包括一层水下疏气铜网和一层水下亲气铜网，孔径为190～540μm。

本发明的优点在于：

1、本发明提出的一种控制水下气泡运输方向的复合铜网，其制备方法简单，原料易得，成本低。

2、本发明提出的一种控制水下气泡运输方向的复合铜网，实现了水下气泡反浮力单向导通，可用于微流体、感应器的领域，应用范围广泛。

3、本发明提出的一种控制水下气泡运输方向的复合铜网，基底无污染，可循环使用。

附图说明

图1：本发明中提出的一种控制水下气泡运输方向的复合铜网制备流程图；

图2：本发明制备的水下气泡反浮力单向导通的复合铜网的疏气铜网扫描电镜图(SEM)；

图3：本发明制备的水下气泡反浮力单向导通的复合铜网的亲气铜网扫描电镜图(SEM)；

图4A-4D：本发明中水下气泡从复合铜网的疏气铜网侧渗透到亲气铜网侧的测试视频截图；