CN102286733B - 在多种基体表面构造超疏水薄膜的方法 - Google Patents
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Abstract
在多种基体表面构造超疏水薄膜的方法，它涉及一种超疏水材料的制备领域。本发明要解决现有技术构造超疏水表面存在的制备粗糙表面通用性不好、工艺复杂的问题和采用原料成本高、毒性大的问题。本发明采用两种方法实现，一种操作步骤如下：一、制备氧化铜薄膜；二、表面处理；三、加热干燥；另一种操作步骤如下：一、配制基体镀膜溶液；二、基体表面镀膜；三、加热干燥。本发明主要用于在不同基体表面构造超疏水薄膜。
Description
技术领域
本发明涉及一种超疏水材料的制备领域。
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，在日常生活、工业生产、国防中有广泛的应用，如将纤维进行超疏水处理后，所制成的衣物具有防水、自清洁的功能、衣物易于清洗。如果将金属的表面的进行超疏水处理可以增强金属的抗腐蚀能力。超疏水材料可以用来制造新颖的水面交通工具，比如可以制成具高浮力和负载能力的小船或新型水上机器人。超疏水材料也可以用来降低摩擦力，比如用在舰船的表面可以降低舰船航行的阻力，在管道内表面构造超疏水层可以降低水在管道流动的阻力。有的超疏水材料同时具有亲油性，可以制成各种油水分离材料，用于处理原油泄露及污染。
超疏水表面需要构造微纳米粗糙表面，常用的方法为刻蚀法，如化学刻蚀法、等离子体刻蚀法。但一种刻蚀液一般对应一种或少数基体，且用这种方法制备粗糙表面通用性不好。而马国佳等在《一种在材料表面制备疏水薄膜的方法》(专利号CN201010299440.3)中用高能离子束对基体材料进行轰击以产生无规则的微纳突起结构，这种方法需要用到等离子发生装置，因此设备昂贵。现有技术也存在用模板法构造微纳米粗糙表面的方法，这种方法首先需要制作模板，然后以模板为基准加工基体，过程较复杂。
超疏水表面具有很低的表面能，常用的方法是在表面组装长碳链的有机硅烷，如李凌杰等在《一种金属锆超疏水表面的制备方法》(专利号CN201010272135.5)采用硅氧烷或氟硅烷降低表面能，采用有机硅烷修饰表面，存在有机硅烷毒性较大，成本相对较高的问题。
所以，现有技术构造超疏水表面存在制备粗糙表面通用性不好、工艺复杂的问题。还有原料价格高、且毒性大的问题。
发明内容
本发明要解决现有技术构造超疏水表面存在的制备粗糙表面通用性不好、工艺复杂的问题和采用的原料价格高、毒性大的问题，提供了在多种基体表面构造超疏水薄膜的方法。
在多种基体表面构造超疏水薄膜的方法，是按以下步骤完成的：一、制备氧化铜薄膜：首先，将铜原料溶解到氨水溶液中，在搅拌下使其完全溶解且混匀，得到含铜溶液，并将含铜溶液从室温加热至40℃～60℃，向加热后的含铜溶液中加入无水乙醇，得到乙醇-含铜溶液，然后清洗过的基体放入乙醇-含铜溶液中，并加热乙醇-含铜溶液至沸腾变黑，然后取出表面沉积黑色物质的基体，用无水乙醇对表面沉积黑色物质的基体冲洗1～3次，即得到表面沉积一层氧化铜薄膜的基体；二、表面处理：将步骤一制备的表面沉积一层氧化铜薄膜的基体采用浸泡方式或喷涂方式，使其表面附着一层羧酸溶液；三、加热干燥：将步骤二经过表面处理的含氧化铜薄膜的基体在20℃～90℃温度下加热干燥，至表面附着的液体溶液完全蒸发，即得到具有超疏水薄膜的基体；步骤一中所述氨水溶液的质量百分比为1wt％～39wt％；步骤一中所述的铜原料为碱式碳酸铜或氧化亚铜，或者是铜粉和碱式碳酸铜的混合物，其中铜粉和碱式碳酸铜的混合物中铜粉与碱式碳酸铜物质的量比为(0.01～1)∶1；步骤一中所述的含铜溶液中Cu元素的物质的量浓度为0.015mol/L～0.2mol/L；步骤一中所述基体的清洗过程为：先用丙酮除去基体表面的油性成份，然后用去离子水在超声波的作用下清洗，去除残留基体表面的丙酮即完成基体的清洗过程；步骤一中所述加入的无水乙醇不能超过所述含铜溶液总体积的1/2；步骤二中所述的羧酸溶液是由碳原子数为9～20的一元羧酸和甲醇、乙醇或丙酮制备而成，所述的羧酸溶液中碳原子数为9～20的一元羧酸的物质的量浓度为5mmol/L～40mmol/L。
在多种基体表面构造超疏水薄膜的方法，是按以下步骤完成的：一、配制基体镀膜溶液：首先，将铜原料溶解到氨水溶液中，在搅拌下使其完全溶解且混匀，得到含铜溶液，然后加热含铜溶液，使含铜溶液从室温上升至40℃～60℃，向加热后的含铜溶液中加入无水乙醇，得到乙醇-含铜溶液，最后向加热的乙醇-含铜溶液中放入羧酸溶液，并在搅拌下使羧酸溶液与含铜溶液完全混匀，即得到基体镀膜溶液；二、基体表面镀膜：将清洗过的基体加入步骤一制备的基体镀膜溶液中，并将含有基体的基体镀膜溶液加热至沸腾且变黑，取出表面沉积黑色物质的基体，用酒精对表面沉积黑色物质的基体冲洗1～3次，即得到表面镀膜的基体；三、加热干燥：将步骤二制备的表面镀膜的基体在20℃～90℃温度下加热干燥，是表面附着的液体溶液完全蒸发，即得到具有超疏水薄膜的基体；步骤一中所述的氨水溶液的质量百分比为1wt％～39wt％；步骤一中所述的铜原料为碱式碳酸铜或氧化亚铜，或者是铜粉和碱式碳酸铜的混合物，其中铜粉和碱式碳酸铜的混合物中铜粉与碱式碳酸铜物质的量比为(0.01～1)∶1；步骤一中所述的含铜溶液中Cu元素的物质的量浓度为0.015mol/L～0.2mol/L；步骤一中所述加入的无水乙醇不能超过所述含铜溶液总体积的1/2；步骤一中所述的羧酸溶液是由碳原子数为9～20的一元羧酸和甲醇、乙醇或丙酮制备而成，所述的羧酸溶液中碳原子数为9～20的一元羧酸的物质的量浓度为5mmol/L～40mmol/L；步骤二中所述基体的清洗过程为：先用丙酮除去基体表面的油性成份，然后用去离子水在超声波的作用下清洗，去除残留基体表面的丙酮即完成基体的清洗过程。
本发明提供的两种方法的优点：一、两种方法均不需要对特定基体采用特定的刻蚀液进行化学刻蚀加工来实现表面粗糙化，而是用同一种溶液组成，同一种方法，在不同基体表面构建具有微纳米结构的氧化铜薄膜来实现表面粗糙化，通用性好。二、两种方法都没有需要采用昂贵的等离子发生装置，且设备简单，所以降低了制备的总成本。三、两种方法都是采用长碳链的羧酸在粗糙的氧化铜表面自组装来降低表面能，长碳链羧酸相对于长碳链的硅烷、氟硅烷类化合物的价格要低，毒性低，所含的元素只含有C、H、O三种元素，对环境污染小。
附图说明
图1为水滴在通过具体实施方式四十一获得的超疏水薄膜上的接触角测量图。图2为通过具体实施方式四十二在玻璃集体表面获得的超疏水薄膜的放大10000倍的扫描电子显微镜图像。图3为通过具体实施方式四十四步骤一在ABS工程塑料表面沉积的氧化铜的XRD分析谱图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式提供一种在多种基体表面构造超疏水薄膜的方法，具体是按以下步骤完成的：
一、制备氧化铜薄膜：首先，将铜原料溶解到氨水溶液中，在搅拌下使其完全溶解且混匀，得到含铜溶液，并将含铜溶液从室温加热至40℃～60℃，向加热后的含铜溶液中加入无水乙醇，得到乙醇-含铜溶液，然后清洗过的基体放入乙醇-含铜溶液中，并加热乙醇-含铜溶液至沸腾变黑，然后取出表面沉积黑色物质的基体，用无水乙醇对表面沉积黑色物质的基体冲洗1～3次，即得到表面沉积一层氧化铜薄膜的基体；二、表面处理：将步骤一制备的表面沉积一层氧化铜薄膜的基体采用浸泡方式或喷涂方式，使其表面附着一层羧酸溶液；三、加热干燥：将步骤二经过表面处理的含氧化铜薄膜的基体在20℃～90℃温度下加热干燥，至表面附着的液体溶液完全蒸发，即得到具有超疏水薄膜的基体。
本实施方式步骤一中所述氨水溶液的质量百分比为1wt％～39wt％。
本实施方式步骤一中所述的铜原料为碱式碳酸铜或氧化亚铜，或者是铜粉和碱式碳酸铜的混合物，其中铜粉和碱式碳酸铜的混合物中铜粉与碱式碳酸铜物质的量比为(0.01～1)∶1。
本实施方式步骤一中所述的含铜溶液中Cu元素的物质的量浓度为0.015mol/L～0.2mol/L。
本实施方式步骤一中所述基体的清洗过程为：先用丙酮除去基体表面的油性成份，然后用去离子水在超声波的作用下清洗，去除残留基体表面的丙酮即完成基体的清洗过程。
本实施方式步骤一中所述加入的无水乙醇不能超过所述含铜溶液总体积的1/2。
本实施方式步骤二中所述的羧酸溶液是由碳原子数为9～20的一元羧酸和甲醇、乙醇或丙酮制备而成，所述的羧酸溶液中碳原子数为9～20的一元羧酸的物质的量浓度为5mmol/L～40mmol/L。
本实施方式实现不需要对特定基体采用特定的刻蚀液进行化学刻蚀加工来实现表面粗糙化，而是用同一种溶液组成，同一种方法，在不同基体表面构建具有微纳米结构的氧化铜薄膜来实现表面粗糙化，通用性好。
本实施方式没有采用昂贵的等离子发生装置，设备简单，降低制备成本。
本本实施方式用长碳链的羧酸在粗糙的氧化铜表面自组装来降低表面能，长碳链羧酸相对于长碳链的硅烷、氟硅烷类化合物的价格要低，毒性低，所含的元素只含有C、H、O三种元素，对环境污染小。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤一中所述氨水溶液的质量百分比为10wt％～35wt％。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：步骤一中所述氨水溶液的质量百分比为20wt％～30wt％。其它与具体实施方式一和二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：步骤一中铜粉和碱式碳酸铜的混合物中铜粉与碱式碳酸铜物质的量比为(0.5～0.8)∶1。其它与具体实施方式一或三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：步骤一中铜粉和碱式碳酸铜的混合物中铜粉与碱式碳酸铜物质的量比为0.75∶1。其它与具体实施方式一或四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是：步骤一中所述的含铜溶液中Cu元素的物质的量浓度为0.02mol/L～0.18mol/L。其它与具体实施方式一或五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是：步骤一中所述的含铜溶液中Cu元素的物质的量浓度为0.05mol/L～0.15mol/L。其它与具体实施方式一或六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同点是：步骤一中所述的含铜溶液中Cu元素的物质的量浓度为0.08mol/L～0.12mol/L。其它与具体实施方式一或七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同点是：步骤一中所述的含铜溶液中Cu元素的物质的量浓度为0.1mol/L。其它与具体实施方式一或八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同点是：步骤一中所述的基体为金属镍、玻璃、聚四氟乙烯塑料、ABS工程塑料、尼龙PA6、聚甲醛塑料，聚碳酸酯塑料、PET塑料、PBT塑料、聚苯醚塑料、聚氨酯塑料、聚苯硫醚塑料、聚醚醚酮塑料、聚酰亚胺塑料、石棉、氧化铝陶瓷、氧化镁铝瓷或氧化锆陶瓷。其它与具体实施方式一或九相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一至十之一不同点是：步骤一中采用金属镍作为基体时，基体在进行丙酮除油和去离子水超声波清洗之前，先对表面用质量百分比为1wt％的盐酸去除氧化物。其它与具体实施方式一或十相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一至十一之一不同点是：步骤一中将使含铜溶液从室温上升至50℃。其它与具体实施方式一或十一相同。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式一至十二之一不同点是：步骤一中用酒精对表面沉积黑色物质的基体冲洗2次。其它与具体实施方式一或十二相同。
具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式一至十三之一不同点是：步骤二中羧所述的羧酸溶液中碳原子数为9～20的一元羧酸的物质的量浓度为10mmol/L～35mmol/L。其它与具体实施方式一或十三相同。
具体实施方式十五：本实施方式与具体实施方式一至十四之一不同点是：步骤二中所述的羧酸溶液中碳原子数为9～20的一元羧酸的物质的量浓度为30mmol/L。其它与具体实施方式一或十四相同。
具体实施方式十六：本实施方式与具体实施方式一至十五之一不同点是：步骤二中所述的羧酸溶液中碳原子数为9～20的一元羧酸的物质的量浓度为20mmol/L。其它与具体实施方式一或十五相同。
具体实施方式十七：本实施方式与具体实施方式一至十六之一不同点是：步骤三在30℃～80℃温度下加热干燥，至表面附着的液体溶液完全蒸发。其它与具体实施方式一或十六相同。
具体实施方式十八：本实施方式与具体实施方式一至十七之一不同点是：步骤三在40℃～70℃温度下加热干燥，至表面附着的液体溶液完全蒸发。其它与具体实施方式一或十七相同。
具体实施方式十九：本实施方式与具体实施方式一至十八之一不同点是：步骤三在50℃温度下加热干燥，至表面附着的液体溶液完全蒸发。其它与具体实施方式一或十八相同。
具体实施方式二十：本实施方式与具体实施方式一至十九之一不同点是：步骤三在60℃温度下加热干燥，至表面附着的液体溶液完全蒸发。其它与具体实施方式一或十九相同。
具体实施方式二十一：本实施方式提供一种在多种基体表面构造超疏水薄膜的方法，具体是按以下步骤完成的：
一、配制基体镀膜溶液：首先，将铜原料溶解到氨水溶液中，在搅拌下使其完全溶解且混匀，得到含铜溶液，然后加热含铜溶液，使含铜溶液从室温上升至40℃～60℃，向加热后的含铜溶液中加入无水乙醇，得到乙醇-含铜溶液，最后向加热的乙醇-含铜溶液中放入羧酸溶液，并在搅拌下使羧酸溶液与含铜溶液完全混匀，即得到基体镀膜溶液；二、基体表面镀膜：将清洗过的基体加入步骤一制备的基体镀膜溶液中，并将含有基体的基体镀膜溶液加热至沸腾且变黑，取出表面沉积黑色物质的基体，用酒精对表面沉积黑色物质的基体冲洗1～3次，即得到表面镀膜的基体；三、加热干燥：将步骤二制备的表面镀膜的基体在20℃～90℃温度下加热干燥，是表面附着的液体溶液完全蒸发，即得到具有超疏水薄膜的基体。
本实施方式步骤一中所述的氨水溶液的质量百分比为1wt％～39wt％。
本实施方式步骤一中所述的铜原料为碱式碳酸铜或氧化亚铜，或者是铜粉和碱式碳酸铜的混合物，其中铜粉和碱式碳酸铜的混合物中铜粉与碱式碳酸铜物质的量比为(0.01～1)∶1。
本实施方式步骤一中所述的含铜溶液中Cu元素的物质的量浓度为0.015mol/L～0.2mol/L。
本实施方式步骤一中所述加入的无水乙醇不能超过所述含铜溶液总体积的1/2。
本实施方式步骤一中所述的羧酸溶液是由碳原子数为9～20的一元羧酸和甲醇、乙醇或丙酮制备而成，所述的羧酸溶液中碳原子数为9～20的一元羧酸的物质的量浓度为5mmol/L～40mmol/L。
本实施方式步骤二中所述基体的清洗过程为：先用丙酮除去基体表面的油性成份，然后用去离子水在超声波的作用下清洗，去除残留基体表面的丙酮即完成基体的清洗过程。
本实施方式实现不需要对特定基体采用特定的刻蚀液进行化学刻蚀加工来实现表面粗糙化，而是用同一种溶液组成，同一种方法，在不同基体表面构建具有微纳米结构的氧化铜薄膜来实现表面粗糙化，通用性好。
本实施方式没有采用昂贵的等离子发生装置，设备简单，降低制备成本。
本本实施方式用长碳链的羧酸在粗糙的氧化铜表面自组装来降低表面能，长碳链羧酸相对于长碳链的硅烷、氟硅烷类化合物的价格要低，毒性低，所含的元素只含有C、H、O三种元素，对环境污染小。
具体实施方式二十二：本实施方式与具体实施方式二十一的不同点是：步骤一中所述氨水溶液的质量百分比为10wt％～35wt％。其它与具体实施方式二十一相同。
具体实施方式二十三：本实施方式与具体实施方式二十一或二十二之一不同点是：步骤一中所述氨水溶液的质量百分比为20wt％～30wt％。其它与具体实施方式二十一和二十二相同。
具体实施方式二十四：本实施方式与具体实施方式二十一至二十三之一不同点是：步骤一中铜粉和碱式碳酸铜的混合物中铜粉与碱式碳酸铜物质的量比为(0.5～0.8)∶1。其它与具体实施方式二十一或二十三相同。
具体实施方式二十五：本实施方式与具体实施方式二十一至二十四之一不同点是：步骤一中铜粉和碱式碳酸铜的混合物中铜粉与碱式碳酸铜物质的量比为0.75∶1。其它与具体实施方式二十一或二十四相同。
具体实施方式二十六：本实施方式与具体实施方式二十一至二十五之一不同点是：步骤一中所述的含铜溶液中Cu元素的物质的量浓度为0.02mol/L～0.18mol/L。其它与具体实施方式二十一或二十五相同。
具体实施方式二十七：本实施方式与具体实施方式二十一至二十六之一不同点是：步骤一中所述的含铜溶液中Cu元素的物质的量浓度为0.05mol/L～0.15mol/L。其它与具体实施方式二十一或二十六相同。
具体实施方式二十八：本实施方式与具体实施方式二十一至二十七之一不同点是：步骤一中所述的含铜溶液中Cu元素的物质的量浓度为0.08mol/L～0.12mol/L。其它与具体实施方式二十一或二十七相同。
具体实施方式二十九：本实施方式与具体实施方式二十一至二十八之一不同点是：步骤一中所述的含铜溶液中Cu元素的物质的量浓度为0.1mol/L。其它与具体实施方式二十一或二十八相同。
具体实施方式三十：本实施方式与具体实施方式二十一至二十九之一不同点是：步骤一中将使含铜溶液从室温上升至50℃。其它与具体实施方式二十一或二十九相同。
具体实施方式三十一：本实施方式与具体实施方式二十一至三十之一不同点是：步骤一中羧所述的羧酸溶液中碳原子数为9～20的一元羧酸的物质的量浓度为10mmol/L～35mmol/L。其它与具体实施方式二十一或三十相同。
具体实施方式三十二：本实施方式与具体实施方式二十一至三十一四之一不同点是：步骤一中所述的羧酸溶液中碳原子数为9～20的一元羧酸的物质的量浓度为30mmol/L。其它与具体实施方式二十一或三十一相同。
具体实施方式三十三：本实施方式与具体实施方式二十一至三十二之一不同点是：步骤一中所述的羧酸溶液中碳原子数为9～20的一元羧酸的物质的量浓度为20mmol/L。其它与具体实施方式二十一或三十二相同。
具体实施方式三十四：本实施方式与具体实施方式二十一至三十三之一不同点是：步骤二中所述的基体为金属镍、玻璃、聚四氟乙烯塑料、ABS工程塑料、尼龙PA6、聚甲醛塑料，聚碳酸酯塑料、PET塑料、PBT塑料、聚苯醚塑料、聚氨酯塑料、聚苯硫醚塑料、聚醚醚酮塑料、聚酰亚胺塑料、石棉、氧化铝陶瓷、氧化镁铝瓷或氧化锆陶瓷。其它与具体实施方式二十一或三十三相同。
具体实施方式三十五：本实施方式与具体实施方式二十一至三十四之一不同点是：步骤二中采用金属镍作为基体时，基体在进行丙酮除油和去离子水超声波清洗之前，先对表面用质量百分比为1wt％的盐酸去除氧化物。其它与具体实施方式二十一或三十四相同。
具体实施方式三十六：本实施方式与具体实施方式二十一至三十五之一不同点是：步骤二中用酒精对表面沉积黑色物质的基体冲洗2次。其它与具体实施方式二十一或三十五相同。
具体实施方式三十七：本实施方式与具体实施方式二十一至三十六之一不同点是：步骤三在30℃～80℃温度下加热干燥，至表面附着的液体溶液完全蒸发。其它与具体实施方式二十一或三十六相同。
具体实施方式三十八：本实施方式与具体实施方式二十一至三十七之一不同点是：步骤三在40℃～70℃温度下加热干燥，至表面附着的液体溶液完全蒸发。其它与具体实施方式二十一或三十七相同。
具体实施方式三十九：本实施方式与具体实施方式二十一至三十八之一不同点是：步骤三在50℃温度下加热干燥，至表面附着的液体溶液完全蒸发。其它与具体实施方式二十一或三十八相同。
具体实施方式四十：本实施方式与具体实施方式二十一至三十九之一不同点是：步骤三在60℃温度下加热干燥，至表面附着的液体溶液完全蒸发。其它与具体实施方式二十一或三十九相同。
具体实施方式四十一：本实施方式的具体操作步骤如下：
一、制备氧化铜薄膜：首先，将碱式碳酸铜溶解到氨水溶液中，在搅拌下使其完全溶解且混匀，得到含铜溶液，并将含铜溶液从室温加热至50℃，向加热后的含铜溶液中加入无水乙醇，得到乙醇-含铜溶液，然后将用丙酮除油和去离子水超声波清洗过的玻璃基体放入乙醇-含铜溶液中，并加热乙醇-含铜溶液至沸腾变黑，然后取出表面沉积黑色物质的玻璃基体，用无水乙醇对表面沉积黑色物质的玻璃基体冲洗2次，即得到表面沉积一层氧化铜薄膜的玻璃基体；二、表面处理：将步骤一制备的表面沉积一层氧化铜薄膜的玻璃基体采用浸泡方式或喷涂方式，使其表面附着一层羧酸溶液；三、加热干燥：将步骤二经过表面处理的含氧化铜薄膜的玻璃基体在60℃温度下加热干燥，至表面附着的液体溶液完全蒸发，即得到具有超疏水薄膜的玻璃基体。
本实施方式步骤一中所述氨水溶液的质量百分比为25wt％，所述加入无水乙醇的量为所述含铜溶液总体积的2/5，所述的含铜溶液中Cu元素的物质的量浓度为0.1mol/L；步骤二中所述的羧酸溶液是由十酸和甲醇制备而成，所述的羧酸溶液中十酸物质的量浓度为10mmol/L。
对本实施方式制备的超疏水薄膜的玻璃基体经过测量角接触，具有超水水薄膜的玻璃基体与水的接触角达159°，通过测量，滚动角为4°，证明通过上述步骤在玻璃基体上得到的薄膜具有超疏水性。图1为水滴在薄膜上的接触角测量图，从图上看出水滴在薄膜上呈圆球形，接触角接近160°，薄膜具有良好的疏水性。
具体实施方式四十二：本实施方式的具体操作步骤如下：
一、制备氧化铜薄膜：首先，将铜粉和碱式碳酸铜的混合物溶解到氨水溶液中，在搅拌下使其完全溶解且混匀，得到含铜溶液，并将含铜溶液从室温加热至50℃，向加热后的含铜溶液中加入无水乙醇，得到乙醇-含铜溶液，然后将用丙酮除油和去离子水超声波清洗过的氧化铝陶瓷基体放入乙醇-含铜溶液中，并加热乙醇-含铜溶液至沸腾变黑，然后取出表面沉积黑色物质的氧化铝陶瓷基体，用无水乙醇对表面沉积黑色物质的氧化铝陶瓷基体冲洗2次，即得到表面沉积一层氧化铜薄膜的氧化铝陶瓷基体；二、表面处理：将步骤一制备的表面沉积一层氧化铜薄膜的氧化铝陶瓷基体采用浸泡方式或喷涂方式，使其表面附着一层羧酸溶液；三、加热干燥：将步骤二经过表面处理的含氧化铜薄膜的氧化铝陶瓷基体在50℃温度下加热干燥，至表面附着的液体溶液完全蒸发，即得到具有超疏水薄膜的氧化铝陶瓷基体。
本实施方式步骤一中所述氨水溶液的质量百分比为20wt％，所述加入无水乙醇的量为所述含铜溶液总体积的1/3，所述的铜粉和碱式碳酸铜的混合物中铜粉与碱式碳酸铜的混合物的质量比为0.75∶1，所述的含铜溶液中Cu元素的物质的量浓度为0.1mol/L；步骤二中所述的羧酸溶液是由十四酸和乙醇制备而成，所述的羧酸溶液中十四酸物质的量浓度为20mmol/L。
对本实施方式步骤一制备的表面沉积一层氧化铜薄膜的氧化铝陶瓷基体进行电镜扫描图，如图2所示，通过图2放大10000倍的电镜扫描图，可以看到氧化铝陶瓷基体表面的氧化铜薄膜具有粗糙的微纳米结构。
对本实施方式制备的超疏水薄膜的氧化铝陶瓷基体经过测量角接触，具有超水水薄膜的玻璃基体与水的接触角达158°。
具体实施方式四十三：本实施方式的具体操作步骤如下：
一、制备氧化铜薄膜：首先，将氧化亚铜溶解到氨水溶液中，在搅拌下使其完全溶解且混匀，得到含铜溶液，并将含铜溶液从室温加热至50℃，向加热后的含铜溶液中加入无水乙醇，得到乙醇-含铜溶液，然后将用质量百分比为1wt％的盐酸去除氧化物，并且用丙酮除油和去离子水超声波清洗过的金属镍基体放入到乙醇-含铜溶液中，并加热乙醇-含铜溶液至沸腾且变黑，取出表面沉积黑色物质的金属镍基体，用酒精对表面沉积黑色物质的金属镍基体冲洗2次，即得到表面沉积一层氧化铜薄膜的金属镍基体；二、表面处理：将步骤一制备的表面沉积一层氧化铜薄膜的金属镍基体采用浸泡方式或喷涂方式，使其表面附着一层羧酸溶液；三、加热干燥：将步骤二经过表面处理的含氧化铜薄膜的金属镍基体在60℃温度下加热干燥，至表面附着的液体溶液完全蒸发，即得到具有超疏水薄膜的金属镍基体。
本实施方式步骤一中所述氨水溶液的质量百分比为28wt％，所述加入无水乙醇的量为所述含铜溶液总体积的1/4，所述的含铜溶液中Cu元素的物质的量浓度为0.1mol/L；步骤二中所述的羧酸溶液是由十六酸和乙醇制备而成，所述的羧酸溶液中十六酸物质的量浓度为20mmol/L。
对本实施方式制备的超疏水薄膜的氧化铝陶瓷基体经过测量角接触，具有超水水薄膜的玻璃基体与水的接触角达156°。
具体实施方式四十四：本实施方式的具体操作步骤如下：
一、制备氧化铜薄膜：首先，将碱式碳酸铜溶溶解到氨水溶液中，在搅拌下使其完全溶解且混匀，得到含铜溶液，并将含铜溶液从室温加热至50℃，向加热后的含铜溶液中加入无水乙醇，得到乙醇-含铜溶液，然后将用丙酮除油和去离子水超声波清洗过的ABS工程塑料基体放入到乙醇-含铜溶液中，并加热乙醇-含铜溶液至沸腾且变黑，取出表面沉积黑色物质的ABS工程塑料基体，用无水乙醇对表面沉积黑色物质的ABS工程塑料基体冲洗2次，即得到表面沉积一层氧化铜薄膜的ABS工程塑料基体；二、表面处理：将步骤一制备的表面沉积一层氧化铜薄膜的ABS工程塑料基体采用浸泡方式或喷涂方式，使其表面附着一层羧酸溶液；三、加热干燥：将步骤二经过表面处理的含氧化铜薄膜的ABS工程塑料基体在60℃温度下加热干燥，至表面附着的液体溶液完全蒸发，即得到具有超疏水薄膜的ABS工程塑料基体。
本实施方式步骤一中所述氨水溶液的质量百分比为25wt％，所述加入无水乙醇的量为所述含铜溶液总体积的2/5，所述的含铜溶液中Cu元素的物质的量浓度为0.1mol/L；步骤二中所述的羧酸溶液是由月桂酸和丙酮制备而成，所述的羧酸溶液中月桂酸物质的量浓度为30mmol/L。
对本实施方式制备的超疏水薄膜的氧化铝陶瓷基体经过测量角接触，具有超水水薄膜的玻璃基体与水的接触角达156°。
对本实施方式步骤一在ABS工程塑料表面沉积的黑色物质进行XRD分析，XRD分析谱图如图3所示，将图中的衍射峰与标准卡片48-1548对比，证明表面黑色物质为氧化铜。
具体实施方式四十五：本实施方式的具体操作步骤如下：
一、配制基体镀膜溶液：首先，将碱式碳酸铜溶溶解到氨水溶液中，在搅拌下使其完全溶解且混匀，得到含铜溶液，然后加热含铜溶液，使含铜溶液从室温上升至50℃，向加热后的含铜溶液中加入无水乙醇，得到乙醇-含铜溶液，最后向加热的含铜溶液中放入羧酸溶液，并在搅拌下使羧酸溶液与含铜溶液完全混匀，即得到基体镀膜溶液；二、基体表面镀膜：将用质量百分比为1wt％的盐酸去除氧化物，且丙酮除油和去离子水超声波清洗过的基体加入步骤一制备的金属镍基体镀膜溶液中，并将含有基体的基体镀膜溶液加热至沸腾且变黑，取出表面沉积黑色物质的基体，用酒精对表面沉积黑色物质的基体冲洗2次，即得到表面镀膜的基体；三、加热干燥：将步骤二制备的表面镀膜的基体在60℃温度下加热干燥，是表面附着的液体溶液完全蒸发，即得到具有超疏水薄膜的基体。
本实施方式步骤一中所述氨水溶液的质量百分比为25wt％，所述加入无水乙醇的量为所述含铜溶液总体积的2/5，所述的含铜溶液中Cu元素的物质的量浓度为0.1mol/L；步骤二中所述的羧酸溶液是由月桂酸和丙酮制备而成，所述的羧酸溶液中月桂酸物质的量浓度为40mmol/L。
对本实施方式制备的超疏水薄膜的氧化铝陶瓷基体经过测量角接触，具有超水水薄膜的玻璃基体与水的接触角达156°。
Claims (10)
1.在多种基体表面构造超疏水薄膜的方法，其特征在于在多种基体表面构造超疏水薄膜的方法是按以下步骤完成的：一、制备氧化铜薄膜：首先，将铜原料溶解到氨水溶液中，在搅拌下使其完全溶解且混匀，得到含铜溶液，并将含铜溶液从室温加热至40℃~60℃，向加热后的含铜溶液中加入无水乙醇，得到乙醇-含铜溶液，然后清洗过的基体放入乙醇-含铜溶液中，并加热乙醇-含铜溶液至沸腾变黑，然后取出表面沉积黑色物质的基体，用无水乙醇对表面沉积黑色物质的基体冲洗1~3次，即得到表面沉积一层氧化铜薄膜的基体；二、表面处理：将步骤一制备的表面沉积一层氧化铜薄膜的基体采用浸泡方式或喷涂方式，使其表面附着一层羧酸溶液；三、加热干燥：将步骤二经过表面处理的含氧化铜薄膜的基体在20℃~90℃温度下加热干燥，至表面附着的液体溶液完全蒸发，即得到具有超疏水薄膜的基体；步骤一中所述氨水溶液的质量百分比为1wt%~39wt%；步骤一中所述的铜原料为碱式碳酸铜或氧化亚铜，或者是铜粉和碱式碳酸铜的混合物，其中铜粉和碱式碳酸铜的混合物中铜粉与碱式碳酸铜物质的量比为(0.01~1):1；步骤一中所述的含铜溶液中Cu元素的物质的量浓度为0.015mol/L~0.2mol/L；步骤一中所述基体的清洗过程为：先用丙酮除去基体表面的油性成份，然后用去离子水在超声波的作用下清洗，去除残留基体表面的丙酮即完成基体的清洗过程；步骤一中所述加入的无水乙醇不能超过所述含铜溶液总体积的1/2；步骤二中所述的羧酸溶液是由碳原子数为9~20的一元羧酸和甲醇、乙醇或丙酮制备而成，所述的羧酸溶液中碳原子数为9~20的一元羧酸的物质的量浓度为5mmol/L~40mmol/L。
2.根据权利要求1所述的在多种基体表面构造超疏水薄膜的方法，其特征在于步骤一中所述氨水溶液的质量百分比为20wt%~30wt%。
3.根据权利要求2所述的在多种基体表面构造超疏水薄膜的方法，其特征在于步骤一所述的含铜溶液中Cu元素的物质的量浓度为0.08mol/L~0.12mol/L。
4.根据权利要求3所述的在多种基体表面构造超疏水薄膜的方法，其特征在于步骤三在40℃~70℃温度下加热干燥，至表面附着的液体溶液完全蒸发。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的在多种基体表面构造超疏水薄膜的方法，其特征在于步骤一中所述的基体为金属镍、玻璃、聚四氟乙烯塑料、ABS工程塑料、尼龙PA6、聚甲醛塑料，聚碳酸酯塑料、PET塑料、PBT塑料、聚苯醚塑料、聚氨酯塑料、聚苯硫醚塑料、聚醚醚酮塑料、聚酰亚胺塑料、石棉、氧化铝陶瓷、氧化镁铝瓷或氧化锆陶瓷。
6.在多种基体表面构造超疏水薄膜的方法，其特征在于在多种基体表面构造超疏水薄膜的方法是按以下步骤完成的：一、配制基体镀膜溶液：首先，将铜原料溶解到氨水溶液中，在搅拌下使其完全溶解且混匀，得到含铜溶液，然后加热含铜溶液，使含铜溶液从室温上升至40℃~60℃，向加热后的含铜溶液中加入无水乙醇，得到乙醇-含铜溶液，最后向加热的乙醇-含铜溶液中放入羧酸溶液，并在搅拌下使羧酸溶液与含铜溶液完全混匀，即得到基体镀膜溶液；二、基体表面镀膜：将清洗过的基体加入步骤一制备的基体镀膜溶液中，并将含有基体的基体镀膜溶液加热至沸腾且变黑，取出表面沉积黑色物质的基体，用酒精对表面沉积黑色物质的基体冲洗1~3次，即得到表面镀膜的基体；三、加热干燥：将步骤二制备的表面镀膜的基体在20℃~90℃温度下加热干燥，至表面附着的液体溶液完全蒸发，即得到具有超疏水薄膜的基体；步骤一中所述的氨水溶液的质量百分比为1wt%~39wt%；步骤一中所述的铜原料为碱式碳酸铜或氧化亚铜，或者是铜粉和碱式碳酸铜的混合物，其中铜粉和碱式碳酸铜的混合物中铜粉与碱式碳酸铜物质的量比为(0.01~1):1；步骤一中所述的含铜溶液中Cu元素的物质的量浓度为0.015mol/L~0.2mol/L；步骤一中所述加入的无水乙醇不能超过所述含铜溶液总体积的1/2；步骤一中所述的羧酸溶液是由碳原子数为9~20的一元羧酸和甲醇、乙醇或丙酮制备而成，所述的羧酸溶液中碳原子数为9~20的一元羧酸的物质的量浓度为5mmol/L~40mmol/L；步骤二中所述基体的清洗过程为：先用丙酮除去基体表面的油性成份，然后用去离子水在超声波的作用下清洗，去除残留基体表面的丙酮即完成基体的清洗过程。
7.根据权利要求6所述的在多种基体表面构造超疏水薄膜的方法，其特征在于步骤一中所述氨水溶液的质量百分比为20wt%~30wt%。
8.根据权利要求7所述的在多种基体表面构造超疏水薄膜的方法，其特征在于步骤一所述的含铜溶液中Cu元素的物质的量浓度为0.08mol/L~0.12mol/L。
9.根据权利要求8所述的在多种基体表面构造超疏水薄膜的方法，其特征在于步骤三在40℃~70℃温度下加热干燥，至表面附着的液体溶液完全蒸发。
10.根据权利要求6、7、8或9所述的在多种基体表面构造超疏水薄膜的方法，其特征在于步骤一中所述的基体为金属镍、玻璃、聚四氟乙烯塑料、ABS工程塑料、尼龙PA6、聚甲醛塑料，聚碳酸酯塑料、PET塑料、PBT塑料、聚苯醚塑料、聚氨酯塑料、聚苯硫醚塑料、聚醚醚酮塑料、聚酰亚胺塑料、石棉、氧化铝陶瓷、氧化镁铝瓷或氧化锆陶瓷。
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