CN102041534B - 一种利用氯化铜同时制备的两种超疏水薄膜的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用氯化铜同时制备的两种超疏水薄膜的方法，涉及微/纳米结构的十四酸铜薄膜和镶嵌有铜颗粒的十四酸薄膜的方法。技术特征在于：将氯化铜和十四酸粉末分散到无水乙醇形成均匀的电解液，以两块60mm×25mm×1.5mm铜片作为电极，在一定的直流电压和时间下对两片铜片电解，在阳极和阴极上形成不同的微/纳米结构十四酸铜薄膜。这是首次用一种简单的方法可同时在阴极和阳极上获得超疏水薄膜，它们具有良好的超疏性能，有广阔的应用前景。

Description

一种利用氯化铜同时制备的两种超疏水薄膜的方法
技术领域
本发明涉及一种利用氯化铜同时制备的两种超疏水薄膜的方法，涉及微/纳米结构的十四酸铜薄膜和镶嵌有铜颗粒的十四酸薄膜的方法。
背景技术
固体表面润湿性是一个非常重要的特性，它主要由固体表面的化学组成和表面微观结构来控制。当它上面落有液滴时，封闭在微/纳米结构中的空气与低表面能的突起部分会共同撑起液滴。一般突起部分与液滴的接触面积越小，接触角越大，超疏性就越强，一般认为超疏表面对水的接触角要大于150°。受生物有机体特别是荷叶表面结构的启发，研究人员从降低表面能和改变表面结构两个方面采用多种方法制备了超疏材料。但是由于制备工艺复杂、成本太高、可重复性差和含氟非环保材料等缺点，严重阻碍了这些方法在工程中的应用。
电化学方法由于其独特的优点而成为制备超疏材料的一种重要方法，越来越受到人们的关注。它是利用电极板在电解液中的电解反应而在电极表面上反应镀上一层超疏薄膜材料，而且电解液溶液与电极板的反应速度可以由外加电压的大小来调控。十四酸电解液是一种具有低表面能溶液，克服了以前需要先制备微/纳米结构再用低表面能材料修饰或者先制备出低表面能薄膜再粗糙化等多步制备微/纳米结构薄膜的缺点，可以实现单步制备，而具有潜在的应用价值。然而，单纯的十四酸电解液制备超疏材料反应速度还是较慢，而且制备的薄膜不均匀，超疏水性能较差。此外，尤为重要的是在以前的所有制备超疏材料的方法中还没有一种方法提到能够同时制备出两种超疏薄膜的概念。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种利用氯化铜同时制备的两种超疏水薄膜的方法，
本发明的思想在于：将氯化铜完全溶解在无水乙醇后，在磁力搅拌的条件下继续添加十四酸粉末使之形成混合均匀的电解液，以两片60mm×25mm×1.5mm的铜片作为阳极和阴极，在一定的电压下电解一定的时间，在阳极和阴极上形成不同的微/纳米结构十四酸铜薄膜，最后取出在蒸馏水中清洗数次后于室温干燥，这样就同时制备了两种超疏水的薄膜材料。
技术方案
一种利用氯化铜同时制备的两种超疏水薄膜的方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：将氯化铜置于无水乙醇中使之完全溶解，形成均匀的溶液，氯化铜加入量为0.02mol/L～0.08mol/L；
步骤2：将摩尔质量为0.08mol/L～0.5mol/L的十四酸粉末在磁力搅拌的条件下分散在上述溶液中，使之混合均匀形成电解液；
步骤3：在电解液中放入两片铜片作为阳极和阴极，在阳极和阴极之间加载15～30V的直流电压进行电解，电解时间为10min～30min；
步骤4：电解完成后，将阳极和阴极在蒸馏水中清洗后于室温干燥，在阳极得到微/纳米结构的十四酸铜薄膜，在阴极得到镶嵌有氧化铜颗粒的十四酸铜薄膜。
所述的两片铜片尺寸60mm×25mm×1.5mm。
阴极和阳极铜片的接触角均从亲水性转变成超疏水性达到160°，滚动角小于2°。
有益效果
本发明提出的一种利用氯化铜同时制备的两种超疏水薄膜的方法，采用了十四酸和氯化铜材料来配制电解液，涉及到采用一种简单的电化学方法在铜片阳极和阴极基底上可同时制备出两种具有微/纳米结构的超疏水薄膜，并且这两种薄膜均具有极大的接触角和较小的滚动角。
附图说明
图1为添加1.89g CuCl2·2H2O的0.5M/L十四酸，在电压30V电解时间10min的扫描电镜图；a：阳极扫描电镜图；b：阴极扫描电镜图
图2为添加1.89g CuCl2·2H2O的0.5M/L十四酸，在电压30V电解时间15min的扫描电镜图；a：阳极扫描电镜图；b：阴极扫描电镜图
图3为添加1.89g CuCl2·2H2O的0.5M/L十四酸，在电压30V电解时间30min的扫描电镜图；a：阳极扫描电镜图；b：阴极扫描电镜图
图4为添加1.89g CuCl2·2H2O的0.08M/L十四酸，在电压30V电解时间30min的扫描电镜图；a：阳极扫描电镜图；b：阴极扫描电镜图
图5为添加1.26g CuCl2·2H2O的0.5M/L十四酸，在电压30V电解时间15min的扫描电镜图；a：阳极扫描电镜图；b：阴极扫描电镜图
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
本发明所用原料有：市售无水乙醇；氯化铜分析纯；十四酸；60mm×25mm×1.5mm铜片；蒸馏水；水砂纸。
实施例一
首先将1.89g CuCl2·2H2O置于150ml无水乙醇中使之完全溶解，形成均匀的溶液；其次将17.125g十四酸粉末在磁力搅拌的条件下分散在上述溶液中，使之混合均匀，以形成含有0.5mol/l的十四酸电解液。接着将预先用400和800粒度的水砂纸打磨并吹干的两片60mm×25mm×1.5mm的铜片置于电解槽中，并将上述电解液倒入电解槽中，在30V的直流电压下电解，电解10min后在阳极和阴极上形成的超疏水薄膜见图1，具体的接触角见表1。
实施例二
首先将1.89g CuCl2·2H2O置于150ml无水乙醇中使之完全溶解，形成均匀的溶液；其次将17.125g十四酸粉末在磁力搅拌的条件下分散在上述溶液中，使之混合均匀，以形成含有0.5mol/l的十四酸电解液。接着将预先用400和800粒度的水砂纸打磨并吹干的两片60mm×25mm×1.5mm的铜片置于电解槽中，并将上述电解液倒入电解槽中，在30V的直流电压下电解，电解15min后在阳极和阴极上形成的超疏水薄膜见图2，具体的接触角见表1。
实施例三
首先将1.89g CuCl2·2H2O置于150ml无水乙醇中使之完全溶解，形成均匀的溶液；其次将17.125g十四酸粉末在磁力搅拌的条件下分散在上述溶液中，使之混合均匀，以形成含有0.5mol/l的十四酸电解液。接着将预先用400和800粒度的水砂纸打磨并吹干的两片60mm×25mm×1.5mm的铜片置于电解槽中，并将上述电解液倒入电解槽中，在30V的直流电压下电解，电解30min后在阳极和阴极上形成的超疏水薄膜见图3，具体的接触角见表1。
实施例四
首先将1.89g CuCl2·2H2O置于150ml无水乙醇中使之完全溶解，形成均匀的溶液；其次将2.741g十四酸粉末在磁力搅拌的条件下分散在上述溶液中，使之混合均匀，以形成含有0.08mol/l的十四酸电解液。接着将预先用400和800粒度的水砂纸打磨并吹干的两片60mm×25mm×1.5mm的铜片置于电解槽中，并将上述电解液倒入电解槽中，在30V的直流电压下电解，电解30min后在阳极和阴极上形成的超疏水薄膜见图4，具体的接触角见表1。
实施例五
首先将1.26g CuCl2·2H2O置于150ml无水乙醇中使之完全溶解，形成均匀的溶液；其次将17.125g十四酸粉末在磁力搅拌的条件下分散在上述溶液中，使之混合均匀，以形成含有0.5mol/l的十四酸电解液。接着将预先用400和800粒度的水砂纸打磨并吹干的两片60mm×25mm×1.5mm的铜片置于电解槽中，并将上述电解液倒入电解槽中，在30V的直流电压下电解，电解15min后在阳极和阴极上形成的超疏水薄膜见图5，具体的接触角见表1。
表1：实施例样品的接触角
  样品  实施例1  实施例2  实施例3  实施例4  实施例5
  阳极接触角(°)   155   162   163   156   156
  阴极接触角(°)   155   160   158   140   155

Claims (3)

1.一种利用氯化铜同时制备的两种超疏水薄膜的方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：将氯化铜置于无水乙醇中使之完全溶解，形成均匀的溶液，氯化铜加入量为0.02mol/L～0.08mol/L；
步骤2：将十四酸粉末在磁力搅拌的条件下分散在上述溶液中，使之混合均匀形成电解液，十四酸粉末加入量为0.08mol/L～0.5mol/L；
步骤3：在电解液中放入两片铜片作为阳极和阴极，在阳极和阴极之间加载15～30V的直流电压进行电解，电解时间为10min～30min；
步骤4：电解完成后，将阳极和阴极在蒸馏水中清洗后于室温干燥，在阳极得到微/纳米结构的十四酸铜薄膜，在阴极得到镶嵌有氧化铜颗粒的十四酸铜薄膜。
2.根据权利要求1所述的利用氯化铜同时制备两种超疏水薄膜的方法，其特征在于：
所述的两片铜片尺寸60mm×25mm×1.5mm。
3.根据权利要求1或2所述的利用氯化铜同时制备两种超疏水薄膜的方法，其特征在于：阴极和阳极铜片的接触角均从亲水性转变成超疏水性达到160°，滚动角小于2°。
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