CN105463420B - 一种铜基底超疏水表面的制备方法 - Google Patents

一种铜基底超疏水表面的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铜基底超疏水表面的制备方法，属于材料表面加工技术领域。该铜基底超疏水表面的制备方法包括：在铜基底表面构建微米级粗糙结构，得到第一表面；对第一表面进行羟基化处理，得到第二表面；将铜基底置于有机溶液中，使第二表面发生缩合反应，得到第三表面；去除第三表面残留的有机溶液，得到铜基底超疏水表面。本发明通过在铜基底表面构建微米级粗糙结构，改变铜基底表面的微观结构，通过对第一表面进行羟基化处理并使所得第二表面发生缩合反应，降低铜基底的表面自由能，从而使得铜基底具有超疏水表面，具有防污自清洁、防水防潮、流体减阻、表面防护等优异性能，满足建筑材料、生物医药、流体运输、交通运输等领域对材料的需求。

Description

一种铜基底超疏水表面的制备方法
技术领域
本发明涉及材料表面加工技术领域，特别涉及一种铜基底超疏水表面的制备方法。
背景技术
超疏水表面是指水滴在固体表面的接触角大于150度的固体表面，其自身具有防污自清洁、防水防潮、流体减阻、表面防护等诸多优异性能，可广泛应用在建筑材料、生物医药、流体运输、交通运输等诸多领域。其中，固体表面是否具有超疏水性是由固体材料的表面自由能和表面微观形貌决定的，通过改变固体表面的微观结构和表面自由能可以使固体材料表面具有超疏水性。
金属在日常生活中的应用十分广泛，然而由于不同的金属材料物理和化学性质均不相同，改变不同金属固体表面的微观结构和表面自由能的方法也不尽相同，现有技术中还缺乏一种制备铜基底超疏水表面的方法。
发明内容
为了解决现有技术中还缺乏一种制备铜基底超疏水表面的方法的问题，本发明实施例提供了一种铜基底超疏水表面的制备方法。所述技术方案如下：
一种铜基底超疏水表面的制备方法，所述铜基底超疏水表面的制备方法包括：
在铜基底表面构建微米级粗糙结构，得到第一表面；
对所述第一表面进行羟基化处理，得到第二表面；
将所述铜基底置于有机溶液中，使所述第二表面发生缩合反应，得到第三表面；
去除所述第三表面残留的有机溶液，得到铜基底超疏水表面。
进一步地，所述在铜基底表面构建微米级粗糙结构，得到第一表面为：
利用超声磁致伸缩振荡机对所述铜基底进行空蚀，得到所述第一表面。
进一步地，所述对所述第一表面进行羟基化处理，得到第二表面包括：
清除所述第一表面的杂质并进行干燥，得到第四表面；
利用紫外灯对所述第四表面进行照射，得到所述第二表面。
进一步地，所述清除所述第一表面的杂质并进行干燥，得到第四表面包括：
依次使用丙酮、乙醇和超纯水对所述第一表面进行超声清洗，得到第五表面；
使用高纯氮气吹干所述第五表面，得到所述第四表面。
具体地，所述依次使用丙酮、乙醇和超纯水对所述第一表面进行超声清洗的时长均为3分钟。
具体地，所述利用紫外灯对所述第四表面进行照射的时长为60分钟。
具体地，所述有机溶液为将全氟葵烷基三氯硅烷滴入异辛烷中，使所述全氟葵烷基三氯硅烷发生水解反应所得溶液。
具体地，所述全氟葵烷基三氯硅烷与所述异辛烷的体积比为1.5∶100。
进一步地，所述去除所述第三表面残留的有机溶液，得到铜基底超疏水表面包括：
依次用丙酮、乙醇、超纯水洗涤所述第三表面，并将所述第三表面置于氮气中进行干燥，得到第六表面；
将所述第六表面置于真空干燥箱中进行干燥和保温，得到所述铜基底超疏水表面。
具体地，所述干燥箱中的温度为90摄氏度，保温时长为30min。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本发明通过在铜基底表面构建微米级粗糙结构，改变铜基底表面的微观结构，通过对第一表面进行羟基化处理并使所得第二表面发生缩合反应，降低铜基底的表面自由能，从而使得铜基底具有超疏水表面，具有防污自清洁、防水防潮、流体减阻、表面防护等优异性能，满足建筑材料、生物医药、流体运输、交通运输等领域对材料的需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一实施例提供的铜基底超疏水表面的制备方法的流程图；
图2是本发明又一实施例提供的铜基底超疏水表面的制备方法的流程图；
图3是本发明又一实施例提供的对第一表面进行羟基化处理，得到第二表面的流程图；
图4是本发明又一实施例提供的所述清除所述第一表面的杂质并进行干燥，得到第四表面的流程图；
图5是本发明实施例提供的去除第三表面残留的有机溶液，得到铜基底超疏水表面。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
如图1所示，本发明实施例提供了一种铜基底超疏水表面的制备方法，该铜基底超疏水表面的制备方法包括：
在步骤101中，在铜基底表面构建微米级粗糙结构，得到第一表面；
在步骤102中，对第一表面进行羟基化处理，得到第二表面；
在步骤103中，将铜基底置于有机溶液中，使第二表面发生缩合反应，得到第三表面；
在步骤104中，去除第三表面残留的有机溶液，得到铜基底超疏水表面。
在本发明实施例中，铜基底可以为铜板或铜丝等，在构建微米级粗糙结构前先对铜板或铜丝表面进行打磨，打磨可使用磨粒度为600目、800目或1000目的砂纸，使铜板或铜丝表面光滑。
本发明通过在铜基底表面构建微米级粗糙结构，改变铜基底表面的微观结构，通过对第一表面进行羟基化处理并使所得第二表面发生缩合反应，降低铜基底的表面自由能，从而使得铜基底具有超疏水表面，具有防污自清洁、防水防潮、流体减阻、表面防护等优异性能，满足建筑材料、生物医药、流体运输、交通运输等领域对材料的需求。
通过在铜基底表面构建微米级粗糙结构，使空气可以存在于微观间隙中，从而形成固-液-气三相复合接触界面，降低铜基底的表面自由能，而通过对第一表面进行羟基化处理并使所得第二表面发生缩合反应，降低铜基底的表面自由能，可有效降低固-液界面之间的摩擦与黏附，从而增大水滴在固体表面的接触角，增大铜基底的疏水性。
如图2所示，在本发明实施例中，在步骤201中，在铜基底表面构建微米级粗糙结构，得到第一表面为：
利用超声磁致伸缩振荡机对铜基底进行空蚀，得到第一表面。
空蚀又称气蚀或穴蚀，通过超声磁致伸缩振荡机对铜基底表面进行处理，破坏铜基底表面的保护膜，使铜基底表面先形成许多细小的麻点，然后逐渐扩大成洞穴，优选地，洞穴的直径小于10微米。
如图3所示，在本发明实施例中，对第一表面进行羟基化处理，得到第二表面包括：
在步骤301中，清除第一表面的杂质并进行干燥，得到第四表面；
在步骤302中，利用紫外灯对第四表面进行照射，得到第二表面。
通过紫外灯的照射，使得第四表面羟基化。其中，优选地，紫外灯的功率为100w，照射波长为254纳米，其中，利用紫外灯对第四表面进行照射的时长为60分钟，使得第四表面羟基化的程度符合要求。当然，本领域技术人员可知，紫外灯的功率、照射波长及照射时间均可根据铜基底的实际情况进行变更。
如图4所示，在本实施例中，清除第一表面的杂质并进行干燥，得到第四表面包括：
在步骤401中，依次使用丙酮、乙醇和超纯水对第一表面进行超声清洗，得到第五表面；
在步骤402中，使用高纯氮气吹干第五表面，得到第三表面。
依次通过丙酮、乙醇清洗第一表面，使得第一表面的有机杂物溶解，再通过超纯水对第一表面进行清洗，去除第一表面上的杂质且去除第一表面上的丙酮和乙醇，得到第五表面，再通过高纯氮气吹干第五表面，进一步去除第五表面上的丙酮和乙醇，且防止第五表面发生氧化反应。
其中，依次使用丙酮、乙醇和超纯水对第一表面进行超声清洗的时长为均3分钟，确保第一表面上的杂质得以除尽。
其中，有机溶液为将全氟葵烷基三氯硅烷滴入异辛烷中，使全氟葵烷基三氯硅烷发生水解反应所得溶液，通过全氟葵烷基三氯硅烷发生水解反应后的溶液与第二表面发生缩合反应，降低第二表面的表面活性能。其中，全氟葵烷基三氯硅烷与异辛烷的体积比为1.5∶100，使得全氟葵烷基三氯硅烷水解彻底。
在本实施例中，去除第三表面残留的有机溶液，得到铜基底超疏水表面包括：
在步骤501中，依次用丙酮、乙醇、超纯水洗涤第三表面，并将第三表面置于氮气中进行干燥，得到第六表面；
在步骤502中，将第六表面置于真空干燥箱中进行干燥和保温，得到铜基底超疏水表面。
通过丙酮、乙醇洗涤第三表面，使得未完全发生缩合反应全的全氟葵烷基三氯硅烷、异辛烷溶解于丙酮和乙醇中，从而去除第三表面上的有机溶液，再通过对第六表面进行风干和烘干，得到铜基底超疏水表面。其中，干燥箱中的温度为90摄氏度，保温时长为30min。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种铜基底超疏水表面的制备方法，其特征在于，所述铜基底超疏水表面的制备方法包括：
在铜基底表面构建微米级粗糙结构，得到第一表面；
对所述第一表面进行羟基化处理，得到第二表面；
将所述铜基底置于有机溶液中，使所述第二表面发生缩合反应，得到第三表面；
去除所述第三表面残留的有机溶液，得到铜基底超疏水表面；
所述在铜基底表面构建微米级粗糙结构，得到第一表面为：
利用超声磁致伸缩振荡机对所述铜基底进行空蚀，得到所述第一表面。
2.根据权利要求1所述的铜基底超疏水表面的制备方法，其特征在于，所述对所述第一表面进行羟基化处理，得到第二表面包括：
清除所述第一表面的杂质并进行干燥，得到第四表面；
利用紫外灯对所述第四表面进行照射，得到所述第二表面。
3.根据权利要求2所述的铜基底超疏水表面的制备方法，其特征在于，所述清除所述第一表面的杂质并进行干燥，得到第四表面包括：
依次使用丙酮、乙醇和超纯水对所述第一表面进行超声清洗，得到第五表面；
使用高纯氮气吹干所述第五表面，得到所述第四表面。
4.根据权利要求3所述的铜基底超疏水表面的制备方法，其特征在于，所述依次使用丙酮、乙醇和超纯水对所述第一表面进行超声清洗的时长均为3分钟。
5.根据权利要求2所述的铜基底超疏水表面的制备方法，其特征在于，所述利用紫外灯对所述第四表面进行照射的时长为60分钟。
6.根据权利要求1所述的铜基底超疏水表面的制备方法，其特征在于，所述有机溶液为将全氟葵烷基三氯硅烷滴入异辛烷中，使所述全氟葵烷基三氯硅烷发生水解反应所得溶液。
7.根据权利要求6所述的铜基底超疏水表面的制备方法，其特征在于，所述全氟葵烷基三氯硅烷与所述异辛烷的体积比为1.5:100。
8.根据权利要求1-7任一项权利要求所述的铜基底超疏水表面的制备方法，其特征在于，所述去除所述第三表面残留的有机溶液，得到铜基底超疏水表面包括：
依次用丙酮、乙醇、超纯水洗涤所述第三表面，并将所述第三表面置于氮气中进行干燥，得到第六表面；
将所述第六表面置于真空干燥箱中进行干燥和保温，得到所述铜基底超疏水表面。
9.根据权利要求8所述的铜基底超疏水表面的制备方法，其特征在于，所述干燥箱中的温度为90摄氏度，保温时长为30min。
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