[发明专利]一种在铜质换热器表面固载离子液体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可以在换热器材料的金属铜表面上固载离子液体的方法。

背景技术

很多情况下，人们需要通过调节换热器表面的润湿性来达到特殊的目的。例如，增加换热器表面的疏水性，即降低表面能，可以使蒸气以滴状冷凝的方式凝结换热，从而获得比通常的膜状冷凝高一个数量级的平均凝结换热系数；再如，在吸收式制冷的降膜吸收过程中，增加换热器表面的亲水性有利于溴化锂溶液铺展成膜；又如，换热器表面润湿性对流动换热过程中流动边界层的形态有显著影响，疏水性壁面有利于减小水流的粘性耗散效应。

离子液体用作固体表面修饰剂可非常简便地实现固体表面的润湿性调节(可参考文献：李雪辉，赵东滨，费兆福，等.离子液体的功能化及其应用.中国科学(B)化学，2006，36(3)：181～196)，相对传统的有机试剂有较大的优势。Lee等(可参考文献：B S Lee，Y S Chi，J K Lee，et al.Imidazolium ion-terminated self-assembled monolayers on Au：Effects of counteranions on surface wettability.J.Am.Chem.Soc.，2004，126(2)：480-481)用硫醇功能化的咪唑类离子液体在Au表面形成有序的自组装单分子膜，然后用离子交换法可实现多种离子液体的表面修饰，所获得体系的水润湿性按照阴离子的疏水程度递减：Br^-＞BF4^-＞NO₃^-＞ClO₄^-＞CF₃SO₃^-＞PF₆^-＞(CF₃SO₂)₂N^-。阳离子同样能够影响表面润湿性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在铜质换热器表面固载离子液体的方法。

为实现上述目的，本发明提供的在铜质换热器表面固载离子液体的方法，步骤如下：

A)预处理：用过氧化氢(H₂O₂)溶液浸泡5-8小时，使铜表面均匀覆盖一层氧化铜；

B)自组装：将预处理的铜表面浸没在2-10mM的含有巯基化合物的乙醇溶液中15-50小时，使巯基与铜表面发生反应而生成Cu-S共价键，在铜表面形成单分子层自组装膜；

C)加载离子液体阳离子：用无水乙醇清洗自组装膜，以除去游离的巯基成份；将表面浸没在含有1，3-二烷基咪唑阳离子的0.1-0.3M的NaOH溶液中，在70-80℃恒温水浴中加热2-10小时，使巯基化合物水解，并与氢氧化二烷基咪唑中和生成离子液体；

D)后处理：冲洗表面，除去游离分子，最终得到固定在铜表面的单层离子液体分子；

步骤B和步骤C中的巯基化合物为巯基直链脂肪酸酯，其一端是亲水的巯基取代的甲基，中间是直链烷烃，另一端是疏水的羧酸酯基。

所述的方法，其中，步骤A之前先对铜表面进行打磨、清洗和抛光。

所述的方法，其中，巯基化合物为3-巯基丙酸甲酯、3-巯基丙酸乙酯、巯基乙酸甲酯、巯基乙酸异辛酯或6-巯基己酸甲酯；优选的巯基化合物为3-巯基丙酸甲酯、巯基乙酸甲酯或3-巯基丙酸乙酯；最佳的巯基化合物为3-巯基丙酸甲酯。

所述的方法，其中，步骤D中的冲洗是用去离子水和无水乙醇反复冲洗表面。

本发明所述的方法与现有的金属表面涂层技术相比具有如下优势：涂层以化学键与基底相连，结合强度高；涂层为单分子层，附加热阻可以忽略；通过浸润不同疏水度的其它离子液体，可以方便地调节铜表面的亲水疏水性，适用范围广。

具体实施方式

本发明在铜质换热器表面固载离子液体的方法，包括如下步骤：

首先通过自组装在铜表面以Cu-S共价键连接上一种端巯基直链脂肪酸酯分子，然后使该分子在碱性条件下水解成脂肪酸，最后用氢氧化二烷基咪唑进行中和，从而获得阴离子一端固定在铜表面的离子液体。

具体地说，本发明提供的在铜质换热器表面固载离子液体的方法，包括如下步骤：

A)预处理：包括对铜表面进行打磨、清洗和抛光，并用市售的的H₂O₂溶液浸泡5-8小时，目的是使铜表面均匀覆盖一层氧化铜，该过程的控制反应如下：