[发明专利]一种在铜基体表面构建超疏水薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种构建超疏水薄膜的方法。

背景技术

超疏水材料是指与水接触角大于150°，滚动角小于5°的材料，是近年来表面科学与薄膜科学研究的热点之一。超疏水材料在日常生活，工业生产，国防中有广泛的应用，在金属表面构建超疏水薄膜可以增强金属的抗腐蚀能力。

超疏水表面有两大必备要素：一是表面要有微纳米粗糙结构，二是表面物质具有低的表面能。通常在基体表面构建微纳米粗糙结构和对表面用低表面能物质修饰是分两步进行的，比如刘维民等在《在金属铜表面上制备超疏水性表面的方法》(专利号CN201010161832.3)中，先将金属铜板置于过饱和硫酸铜溶液中浸泡10～15天，在铜表面构建粗糙结构，然后用把端乙烯基-聚二甲基硅氧烷旋涂到金属铜板表面的方法进行表面修饰。梁世强等在《一种制备铜基超疏水表面的方法》(专利号CN200910081996.2)中采用如下方法使基体变粗糙：铜基浸泡在HNO₃溶液中刻蚀片刻取出，用水冲洗吹干；均匀喷覆醋酸，于室温下、相对湿度50％以上、阴干后再次喷覆醋酸，待铜基表面上形成遍布绿色斑点的表面层；将铜基放入烘箱中于300±50℃下烘烤取出，置于空气中至冷却，将粗糙化的基体浸泡在正十八硫醇的乙醇溶液或十二硫醇的乙醇溶液中进行表面修饰以降低表面能。由以上两个例子可以看出把基体表面粗糙化和表面修饰分成两步构建超疏水表面的方法步骤繁琐复杂，且使用的原料如端乙烯基-聚二甲基硅氧烷毒性较大，成本相对较高，不利于大规模工业生产。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有方法构建超疏水表面步骤繁琐复杂且使用的原料毒性较大的问题，本发明提供了一种在铜基体表面构建超疏水薄膜的方法。

本发明的一种在铜基体表面构建超疏水薄膜的方法，是通过以下步骤实现的：一、用铜基体放入质量浓度为0.1％～30％的盐酸或质量浓度为0.1％～70％的硫酸或两种酸的上述两种酸等体积混合中浸泡0.2～120min除去铜基体表面的氧化物后，用去离子水对铜基体清洗1～3次，然后再用乙醇冲洗1～3次，得到清洁铜基体；二、将硝酸银溶解在甲醇、乙醇或者丙酮中，得到溶液A；然后在溶液A中加入主链碳原子数9～20的羧酸使其溶解，得到溶液B；溶液B中，硝酸银的浓度为1～30mmol/L，羧酸的浓度为1～40mmol/L；三、将步骤一中得到的清洁铜基体放入步骤二得到的溶液B中浸泡0.5～5min，或者将步骤二得到的溶液B喷涂在步骤一中得到的清洁铜基体表面，然后进行干燥，干燥温度50℃～90℃，干燥时间0.5～48h，完成在铜基体表面构建超疏水薄膜。

本发明通过铜和硝酸银的置换反应生成具有微纳米结构的银层，在铜基体上构建粗糙表面，利用长链羧酸在银表面形成自组装膜以降低表面能；在铜基体表面构建的超疏水薄膜具有良好的超疏水性，薄膜与基体结合良好，性能稳定。并且构建粗糙表面和表面修饰一步完成，设备和工艺简单，易于操作；使用原料毒性低，对环境污染小。

附图说明

图1是具体实施方式二十得到的铜表面超疏水薄膜的接触角图。图2是具体实施方式二十一得到的铜表面超疏水薄膜放大20000倍的SEM图。

具体实施方式

本发明技术方法不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施见的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式中一种在铜基体表面构建超疏水薄膜的方法，通过以下步骤实现：一、用铜基体放入质量浓度为0.1％～30％的盐酸或质量浓度为0.1％～70％的硫酸或上述两种酸等体积混合的混合液中浸泡0.2～120min除去铜基体表面的氧化物后，用去离子水对铜基体清洗1～3次，然后再用乙醇冲洗1～3次，得到清洁铜基体；二、将硝酸银溶解在甲醇、乙醇或者丙酮中，得到溶液A；然后在溶液A中加入主链碳原子数9～20的羧酸使其溶解，得到溶液B；溶液B中，硝酸银的浓度为1～30mmol/L，羧酸的浓度为1～40mmol/L；三、将步骤一中得到的清洁铜基体放入步骤二得到的溶液B中浸泡0.5～5min，或者将步骤二得到的溶液B喷涂在步骤一中得到的清洁铜基体表面，然后进行干燥，干燥温度50℃～90℃，干燥时间0.5～48h，完成在铜基体表面构建超疏水薄膜。

本实施方式步骤一中铜基体为纯铜或者含铜质量为50％以上的铜合金；

本实施方式步骤二中羧酸所含官能团为碳链和一个羧基；

本实施方式构建粗糙表面和表面修饰一步完成，设备和工艺简单，易于操作；使用原料毒性低，对环境污染小。