CN105154863B - 一种控制液体运输方向的复合铜网及其制备方法 - Google Patents
一种控制液体运输方向的复合铜网及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种控制液体运输方向的复合铜网的制备方法，属于功能材料技术领域。所述的控制液体运输方向的复合铜网是通过化学反应将铜网先用氨碱溶液进行蚀刻，使得铜网表面覆盖一层氢氧化铜纳米线，制得具有疏油亲水性质的水下疏油铜网；再用硫醇对上述水下疏油铜网进行改性使其表面能降低，制得具有亲油疏水性质的水下亲油铜网；最后将所述水下疏油铜网和水下亲油铜网用防水胶紧密粘合即制得本发明的控制液体运输方向的复合铜网。本发明制备的复合铜网对于水下油性液体实现了类似于二极管的单向导通的功能，可以用于控制水中油滴的输运方向。
Description
技术领域
本发明属于功能材料技术领域，具体涉及一种可实现水中的油单向导通的复合铜网及其制备方法。
背景技术
固体表面浸润性主要由两个方面的因素来决定:一是表面化学组成，二是表面微观结构。随着科研工作者们对各种特殊浸润性表面的深入研究，特殊浸润性材料的制备方法不断涌现。构建亲油/疏水或疏水/亲油表面可以通过以下方法实现：先在固体表面构建微纳级的粗糙结构，再利用不同表面能的材料来修饰表面结构，通过这种方法，可使水滴或油滴与固体表面接触时满足Cassie模型而形成超疏水(亲油)或水下超疏油(亲水)表面。
水可以在亲水性的表面铺展开来却无法浸润疏水表面，同样的油性液体可以在亲油表面铺展而不能浸润疏油表面，利用这种固体表面浸润性可以实现对于液体运输方向的控制。例如，亲水疏油的特殊浸润性网膜可以使油水混合物中水透过而油不能透过，从而实现油水分离；而利用一面疏水一面亲水的网膜材料也可以实现空气中的水的单向导通(Soft Matter,2012,8,5996；Adv.Funct.Mater.2014,24(38),6023)。但上述基于浸润性实现液体运输控制的材料存在制备过程复杂，而且不能很好的实现水中的油的运输方向的控制，通过浸润性控制水中油性液体的运输方向仍然是一个亟待解决的问题。
发明内容
针对液体运输方向控制技术的不足，本发明提供一种控制液体运输方向的复合铜网及其制备方法，用于实现水下的油的单向渗透。所述的控制液体运输方向的复合铜网是一面亲油一面疏油的铜网，通过化学反应将铜网先用氨碱溶液进行蚀刻，使得铜网表面覆盖一层氢氧化铜纳米线，获得具有疏油亲水性质的疏油铜网；再用硫醇对疏油铜网进行改性使其表面能降低，制得具有亲油疏水性质的亲油铜网；最后将上述疏油铜网和亲油铜网用防水胶紧密粘合即制得所述的控制液体运输方向的复合铜网。
所述的一种控制液体运输方向的复合铜网的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤一，铜网预处理；
将铜网A和铜网B均浸入1M盐酸溶液中，超声清洗10min，再用去离子水洗净，晾干，备用。所述的铜网A和铜网B优选为磷铜网。所述铜网A的孔径为0.045～0.25mm，所述铜网B的孔径为0.045～0.25mm。优选的，所述铜网B的孔径为0.045mm，铜网B的孔径小于铜网A的孔径。
步骤二，制备水下疏油铜网；
将氢氧化钠溶液与过硫酸铵溶液混合，并用玻璃棒搅拌均匀得到混合溶液，将预处理的铜网A和铜网B浸入混合溶液中反应5min后取出，用去离子水洗净，晾干，得到水下疏油铜网A和水下疏油铜网B，备用。
所述的氢氧化钠溶液的浓度为4.5～5.5M，所述的过硫酸铵溶液的浓度为0.0125～0.0175M；所述的氢氧化钠溶液与过硫酸铵溶液的体积比为1:0.8～1:1.2。
步骤三，制备水下亲油铜网；
将步骤二制备的水下疏油铜网B用乙醇润洗后，浸入到正十二烷基硫醇-乙醇溶液中进行表面修饰，再用乙醇清洗，晾干，得到水下亲油铜网，备用。
所述的正十二烷基硫醇-乙醇溶液的浓度为0.9～1.1mM；所述的表面修饰的时间是20～28h。
步骤四，制备控制液体运输方向的复合铜网；
将步骤二制备的水下疏油铜网A用水浸润，步骤三制备的水下亲油铜网用1,2-二氯乙烷浸润，然后将两种铜网用AB胶紧密粘合，制得控制液体运输方向的复合铜网。
本发明的优点在于：
1、制备方法简单，原料易得，成本低。
2、本发明制备的控制液体运输方向的复合铜网，可用于微流体、油水分离，应用范围广泛。
3、本发明将水下亲油铜网和水下疏油铜网结合制得复合铜网，其中的水下疏油铜网不能被油润湿，具有自清洁性质，可持续进行液体输运方向控制。
4、本发明制备的控制液体运输方向的复合铜网无污染，可循环使用。
附图说明
图1：本发明中控制液体运输方向的复合铜网制备流程图；
图2：制得的控制液体运输方向的复合铜网的实物图；
图3A-3H：分别为水下油滴在控制液体运输方向的复合铜网的水下疏油铜网一侧单向导通的测试视频截图；
图4A-4H：分别为水下油滴在控制液体运输方向的复合铜网的水下亲油铜网一侧铺展的视频截图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明提出一种控制液体运输方向的复合铜网的制备方法，所述制备方法的流程图如图1所示，具体包括以下几个步骤：
步骤一，铜网预处理；
将铜网A和铜网B均浸入1M盐酸溶液中，超声清洗10min，再用去离子水洗净，晾干，备用。所述的铜网A和铜网B优选为磷铜网。所述铜网A的孔径为0.045～0.25mm，所述铜网B的孔径为0.045～0.25mm。优选的，所述铜网B的孔径为0.045mm，铜网B的孔径小于铜网A的孔径。
步骤二，制备水下疏油铜网；
将氢氧化钠溶液与过硫酸铵溶液混合，并用玻璃棒搅拌均匀得到混合溶液，将预处理的铜网A和铜网B浸入混合溶液中反应5min后取出，用去离子水洗净，晾干，分别得到水下疏油铜网A和水下疏油铜网B，备用。
所述的氢氧化钠溶液的浓度为4.5～5.5M，所述的过硫酸铵溶液的浓度为0.0125～0.0175M；所述的氢氧化钠溶液与过硫酸铵溶液的体积比为1:0.8～1:1.2。
步骤三，制备水下亲油铜网；
将步骤二制备的水下疏油铜网B用乙醇润洗后，浸入到正十二烷基硫醇-乙醇溶液中进行表面修饰20～28h，再用乙醇清洗，晾干，得到水下亲油铜网，备用。
所述的正十二烷基硫醇-乙醇溶液的浓度为0.9～1.1mM。
步骤四，制备控制液体运输方向的复合铜网；
将步骤二制备的水下疏油铜网A用水浸润，步骤三制备的水下亲油铜网用1,2-二氯乙烷浸润，然后将两种铜网用AB胶紧密粘合，制得控制液体运输方向的复合铜网。
上述方法制备得到的复合铜网，可以实现对水中油单向导通。
所述的油均为1,2-二氯乙烷。
下面给出具体实施例。
实施例1
步骤一，铜网预处理；
将孔径为0.045mm和0.25mm的铜网分别浸入1M盐酸溶液中，超声清洗10min，再用去离子水洗净，晾干，备用。
步骤二，制备水下疏油铜网；
将浓度为5.0M的氢氧化钠溶液与浓度为0.015M的过硫酸铵溶液按照体积比1:1混合，并用玻璃棒搅拌均匀得到混合溶液，将预处理的铜网浸入混合溶液中反应5min后取出，用去离子水洗净，晾干，得到水下疏油铜网，备用。
步骤三，制备水下亲油铜网；
将步骤二制备的孔径为0.045mm的水下疏油铜网用乙醇润洗后，浸入到浓度为1.0mM的正十二烷基硫醇-乙醇溶液中进行表面修饰24h，再用乙醇清洗，晾干，得到水下亲油铜网，备用。
步骤四，制备控制液体运输方向的复合铜网；
将步骤二制备的孔径为0.25mm的水下疏油铜网用水浸润，步骤三制备的孔径为0.045mm的水下亲油铜网用1,2-二氯乙烷浸润，然后将两铜网用AB胶紧密粘合(0.05mm≤单层网厚度≤0.18mm)，制得控制液体运输方向的复合铜网。
实施例1制得的复合铜网的实物图如图2所示，在复合铜网的中间有一个近似圆形的区域没有被胶水覆盖，将此区域作为单向功能导通区。
将实施例1制得的复合铜网水平放置于水下，分别将复合铜网的水下疏油铜网和水下亲油铜网朝正上方，向朝向正上方铜网表面的单向功能导通区滴加1,2-二氯乙烷。从图3A～3H可以看出，当复合铜网的水下疏油铜网朝正上方时，从0.87s开始，随着时间延长，1,2-二氯乙烷液滴逐渐穿透复合铜网，最终到达水下亲油铜网的下表面。从图4A～4H可以看出，当复合铜网的水下亲油铜网朝正上方时，随着时间延长，直到54.20s，1,2-二氯乙烷液滴不能穿透复合铜网，而是在水下亲油铜网表面铺展。由此可见，制得的复合铜网对于水下油性液体实现了类似于二极管的单向导通的功能，可以用于控制水中油滴的输运方向。
实施例2
步骤一，铜网预处理；
将孔径为0.045mm和0.14mm的铜网浸入1M盐酸溶液中，超声清洗10min，再用去离子水洗净，晾干，备用。
步骤二，制备水下疏油铜网；
将浓度为4.5M的氢氧化钠溶液与浓度为0.0175M的过硫酸铵溶液按照体积比1:0.8混合，并用玻璃棒搅拌均匀得到混合溶液，将预处理的铜网浸入混合溶液中反应5min后取出，用去离子水洗净，晾干，得到水下疏油铜网，备用。
步骤三，制备水下亲油铜网；
将步骤二制备的孔径为0.045mm的水下疏油铜网用乙醇润洗后，浸入到浓度为0.9mM的正十二烷基硫醇-乙醇溶液中进行表面修饰28h，再用乙醇清洗，晾干，得到水下亲油铜网，备用。
步骤四，制备控制液体运输方向的复合铜网；
将步骤二制备的孔径为0.14mm的水下疏油铜网用水浸润，步骤三制备的孔径为0.045mm的水下亲油铜网用1,2-二氯乙烷浸润，然后将两铜网用AB胶紧密粘合(0.05mm≤单层网厚度≤0.18mm)，制得控制液体运输方向的复合铜网。
将实施例2制得的复合铜网水平放于置于水下，分别将复合铜网的水下疏油铜网和水下亲油铜网朝正上方，向朝向正上方铜网表面的单向功能导通区滴加1,2-二氯乙烷。当复合铜网的水下疏油铜网朝正上方时，随着时间延长，1,2-二氯乙烷液滴逐渐穿透复合铜网，最终到达水下亲油铜网的下表面。当复合铜网的水下亲油铜网朝正上方时，随着时间延长，1,2-二氯乙烷液滴不能穿透复合铜网，而是在水下亲油铜网表面铺展。由此可见，制得的复合铜网对于水下油性液体实现了类似于二极管的单向导通的功能，可以用于控制水中油滴的输运方向。
实施例3
步骤一，铜网预处理；
将孔径为0.045mm和0.104mm的铜网分别浸入1M盐酸溶液中，超声清洗10min，再用去离子水洗净，晾干，备用。
步骤二，制备水下疏油铜网；
将浓度为5.5M的氢氧化钠溶液与浓度为0.0125M的过硫酸铵溶液按照体积比1:1.2混合，并用玻璃棒搅拌均匀得到混合溶液，将预处理的铜网浸入混合溶液中反应5min后取出，用去离子水洗净，晾干，得到水下疏油铜网，备用。
步骤三，制备水下亲油铜网；
将步骤二制备的孔径为0.045mm的水下疏油铜网用乙醇润洗后，浸入到浓度为1.1mM的正十二烷基硫醇-乙醇溶液中进行表面修饰20h，再用乙醇清洗，晾干，得到水下亲油铜网，备用。
步骤四，制备控制液体运输方向的复合铜网；
将步骤二制备的孔径为0.104mm的水下疏油铜网用水浸润，步骤三制备的孔径为0.045mm的水下亲油铜网用1,2-二氯乙烷浸润，然后将两铜网用AB胶紧密粘合(0.05mm≤单层网厚度≤0.18mm)，制得控制液体运输方向的复合铜网。
将实施例3制得的复合铜网水平放于置于水下，分别将复合铜网的水下疏油铜网和水下亲油铜网朝正上方，向朝向正上方铜网表面的单向功能导通区滴加1,2-二氯乙烷。当复合铜网的水下疏油铜网朝正上方时，随着时间延长，1,2-二氯乙烷液滴逐渐穿透复合铜网，最终到达水下亲油铜网的下表面。当复合铜网的水下亲油铜网朝正上方时，随着时间延长，1,2-二氯乙烷液滴不能穿透复合铜网，而是在水下亲油铜网表面铺展。由此可见，制得的复合铜网对于水下油性液体实现了类似于二极管的单向导通的功能，可以用于控制水中油滴的输运方向。
Claims (8)
1.一种控制液体运输方向的复合铜网的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤，
步骤一，铜网预处理；
将铜网A和铜网B均浸入盐酸溶液中，超声清洗10min，再用去离子水洗净，晾干，备用；所述铜网A的孔径为0.045～0.25mm，所述铜网B的孔径为0.045～0.25mm；
步骤二，制备水下疏油铜网；
将氢氧化钠溶液与过硫酸铵溶液混合，搅拌均匀得到混合溶液，将预处理的铜网A和铜网B浸入混合溶液中反应5min后取出，用去离子水洗净，晾干，得到水下疏油铜网A和水下疏油铜网B，备用；
步骤三，制备水下亲油铜网；
将步骤二制备的水下疏油铜网B用乙醇润洗后，浸入到正十二烷基硫醇-乙醇溶液中进行表面修饰，再用乙醇清洗，晾干，得到水下亲油铜网，备用；
步骤四，制备控制液体运输方向的复合铜网；
将步骤二制备的水下疏油铜网A用水浸润，步骤三制备的水下亲油铜网用1,2-二氯乙烷浸润，然后将两种铜网用AB胶紧密粘合，制得控制液体运输方向的复合铜网。
2.根据权利要求1所述的一种控制液体运输方向的复合铜网的制备方法，其特征在于：所述盐酸溶液的浓度为1M，所述的氢氧化钠溶液的浓度为4.5～5.5M，所述的过硫酸铵溶液的浓度为0.0125～0.0175M，所述的正十二烷基硫醇-乙醇溶液的浓度为0.9～1.1mM。
3.根据权利要求1所述的一种控制液体运输方向的复合铜网的制备方法，其特征在于：所述的氢氧化钠溶液与过硫酸铵溶液的体积比为1:0.8～1:1.2。
4.根据权利要求1所述的一种控制液体运输方向的复合铜网的制备方法，其特征在于：步骤三中所述的表面修饰的时间是20～28h。
5.根据权利要求1所述的一种控制液体运输方向的复合铜网的制备方法，其特征在于：所述铜网B的孔径为0.045mm，铜网B的孔径小于铜网A的孔径。
6.根据权利要求1所述的一种控制液体运输方向的复合铜网的制备方法，其特征在于：所述铜网A和铜网B均为磷铜网。
7.一种控制液体运输方向的复合铜网，其特征在于：所述的复合铜网包括一层水下疏油铜网和一层水下亲油铜网；所述的复合铜网对于水下油性液体单向导通；所述水下亲油铜网孔径小于水下疏油铜网孔径。
8.根据权利要求7所述的一种控制液体运输方向的复合铜网，其特征在于：所述复合铜网水平置于水下，向朝向正上方的铜网表面的单向功能导通区滴加1,2-二氯乙烷，当复合铜网的水下疏油铜网朝正上方时，随着时间延长，1,2-二氯乙烷液滴逐渐穿透复合铜网，最终到达水下亲油铜网的下表面；当复合铜网的水下亲油铜网朝正上方时，随着时间延长，1,2-二氯乙烷液滴不能穿透复合铜网，而是在亲油铜网表面铺展。
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