[发明专利]一种具有低摩擦系数的铜基超疏水表面及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于固体表面制备微米或/和纳米结构领域，具体涉及一种具有低摩擦系数的铜基超疏水表面及其制备方法。

背景技术

浸润性是固体表面的重要性质之一，而超疏水性能作为其中的一种表现方式，具有非常重要的潜在应用价值，已引起了科研人员的广泛关注并取得了较大的成绩。

通常，提高固体表面疏水性的方法主要有两种：一是用具有低表面能的物质如含氟化合物对粗糙表面进行化学修饰；二是增大低表面能物质的表面粗糙度。金属铜作为一种重要的工程材料，在人们的日常生活及工业生产中具有重要的作用。然而其耐腐蚀性能及减摩抗磨性能较差，在工业应用过程中磨损损耗较大。目前，在金属铜基底上制备超疏水表面的文献报道有：《Appl.Surf.Sci.》2010,256,5824-5827发表了题为“The fabrication of superhydrophobic copper films by a low-pressure-oxidation method”的论文(M.D.Pei,B.Wang,E.Li,X.H.Zhang,X.M.Song,H.Yan.Appl.Surf.Sci.)，将铜片在60℃浸泡在KOH与K₂S₂O₈的混合溶液中制备蒲公英状氢氧化铜，然后在300℃下减压干燥制备超疏水性氧化铜。此方法为溶液浸泡法，无需表面修饰，但第二步处理需要在高温低压条件下进行，能耗较高。《Chem.Mater.》2007,19,5758-5764发表了题为“Superhydrophobicity of3D Porous Copper Films Prepared Using the Hydrogen Bubble Dynamic Template”的论文（Y.Li,W.Z.Jia,Y.Y.Song,X.H.Xia.Chem.Mater.），利用电化学沉积的方法在铜表面构建3D多孔微纳复合结构，然而该方法较为复杂，沉积的金是贵重金属，成本较高。《Mater.Lett.》2012,67,327-330发表了题为“Preparation of super-hydrophobic Cu/Ni coating with micro-nano hierarchical structure”的论文（W.J.Zhang,Z.Y.Yu,Z.Chen,M.Li.Mater.Lett.），利用无电镀及电化学沉积的方法，在铜表面构建具有微纳阶层结构的Cu/Ni复合涂层，这种电化学过程同样较为复杂。《Appl.Surf.Sci.》2010,256,1883-1887发表了题为“Fabrication of superhydrophobic copper surface with ultra-low water roll angle”的论文（Y.F.Zhang,X.Q.Yu,Q.H.Zhou,F.Chen,K.N.Li.Appl.Surf.Sci.），利用简单的喷砂及表面氧化过程，在铜片表面构建二维微纳粗糙结构，该过程相对较简单，但是采用的是氟硅烷进行表面化学修饰，对环境具有一定程度的污染。《Appl.Surf.Sci.》2012,258,6531-6536发表了题为“Study on fabrication of the superhydrophobic sol-gel films based on copper wafer and its anti-corrosive properties”的论文（Y.H.Fan,C.Z.Li,Z.J.Chen,H.Chen.Appl.Surf.Sci.），通过简单的一步溶胶-凝胶催化过程在铜基底上制备了超疏水表面，该方法操作简单，但是所用到的氨水试剂对人体有一定的毒害。《J.Phys.Chem.C.》2012,116,18722-18727发表了题为“Facile Fabrication of a Superhydrophobic Cu Surface via a Selective Etching of High-Energy Facets”的论文（L.J.Liu,F.Y.Xu,L.Ma.J.Phys.Chem.C.），利用简单的一步选择性酸刻蚀技术，在铜片上制备了粗糙超疏水表面，但反应中所用的刻蚀剂有双氧水的添加，双氧水不稳定易分解，有一定的危险性，同时成本较高。2012年王中乾、万勇等人（摩擦学学报，第32卷，第1期，53-58）以铜片为基底，在氢氧化钠的作用下在铜片表面构建氧化亚铜微纳结构，然后覆盖硬脂酸薄膜实现超疏水性能，同时还赋予该表面以良好的减摩抗磨性能。