CN105483781A - 一种用电沉积与cvd相结合制备超疏水铜表面的方法 - Google Patents

一种用电沉积与cvd相结合制备超疏水铜表面的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用电沉积与CVD相结合制备超疏水铜表面的方法，经过以下三个步骤：（1）铜片预处理，将铜片依次放入到丙酮溶液、乙醇溶液和去离子水溶液中，进行超声清洗，然后机械抛光；（2）用铜片与商用阳极氧化铝模板通过夹具连接在一起，以铜片为阴极，铂电极为阳极，以镍离子溶液作为电解液电沉积反应；（3）使用小型派瑞林涂覆设备进行CVD化学蒸镀，制备出超疏水铜表面；经测试，所得超疏水铜表面具有优良的超疏水性能，可用于金属铜表面的防污、防锈和自清洁应用等方面。本发明操作简单，加工时间短，可控性好。

Description

一种用电沉积与CVD相结合制备超疏水铜表面的方法
技术领域
本发明涉及一种超疏水表面的制备方法，特别涉及一种用电沉积与CVD相结合制备超疏水铜表面的方法。
背景技术
接触角大于150°，滑动角小于10°的表面被称之为超疏水表面，一个典型的例子就是“出淤泥而不染”的荷叶。超疏水表面具有很多优异的表面性能，如自清洁、防腐蚀、防覆冰等性能，因而在工业生产和人们的日常生活中有着广阔的应用前景，如自清洁的衣服、防腐蚀涂料、输电线路防覆冰等等。
铜及其合金由于具有高储藏量、高导电率和高导热率等特点，在工业生产中具有广阔的应用前景，然而，铜及其合金元件极易在酸、碱、盐等环境下发生电化学腐蚀而失效，例如，铜管广泛应用在热电厂的复水器中以使高温水达到快速降温的目的，而电化学腐蚀是复水器铜管的主要失效方式，因此对铜及其合金表面进行处理，使其具有超疏水性、自清洁性和防腐蚀性能，具有重要的学术意义和工程价值。
现有的超疏水铜表面的制备方法很多，如表面化学处理、表面物理处理、表面涂层技术、等离子表面处理技术等，这些措施比较繁琐、费时，甚至对环境产生污染，大大制约了金属表面的实际应用。因此，发明一种方便、高效、低成本的制备技术，制备出具有界面结合强度较高的超疏水铜表面是非常必要的。
发明内容
本发明的目的是提供一种将电沉积与CVD相结合，经过铜片预处理、电沉积反应和CVD化学蒸镀法三个步骤，制备超疏水铜表面，具有操作简单，加工时间短，可控性好的优点。
为实现上述目的，包括以下步骤，
（1）铜片预处理：
将铜片依次放入到无水丙酮、无水乙醇和去离子水溶液中，进行超声清洗，每次清洗时间为10~20min；
依次使用5000目砂纸、铝抛光液对经过上述处理过的铜片进行机械抛光处理；
（2）电沉积反应：
将经过步骤(1)处理的铜片与阳极氧化铝模板连接在一起，以铜片为阴极，铂电极为阳极，以镍离子溶液作为电解液，电解电流设为5~10mA，反应时间设定为30~60min。
较佳地，使用夹具将铜片与阳极氧化铝模板连接在一起。
较佳地，所述夹具包括通过螺栓连接的上夹板和下夹板，所述上夹板设置在下夹板的上部，多孔玻璃、商用阳极氧化铝模板和铜片由上至下排列，多孔玻璃、商用阳极氧化铝模板和铜片均放置在上夹板和下夹板之间，上夹板和下夹板通过螺栓压紧，铜片上设置有导线。
较佳地，镍离子溶液成分为：NiSO4300~350g/L，NiCl2·6H2O50~100g/L，H3BO3400~500g/L。
上述电解完成后，取出铜片，将铜片放入2~4M的NaOH溶液中以刻蚀掉氧化铝模板，刻蚀时间为6~12小时，刻蚀温度为室温；
将经过上述刻蚀过程后的表面为镍纳米线的铜片用去离子水清洗干净，室温下干燥备用；
（3）CVD化学蒸镀法
将经过步骤（2）后的铜片放入派瑞林涂覆设备，涂覆材料选择parylene-N、parylene-C和parylene-D中的任一种。
较佳地，派瑞林涂覆设备型号为DACS-LAB。
较佳地，选用派瑞林涂覆设备中的自动运行选项进行蒸镀。
较佳地，通过控制放入设备的派瑞林聚合物的量来控制派瑞林薄膜的厚度。
本发明积极效果如下：
本发明针对现有工艺中，工艺复杂，处理效果不佳的缺点将电沉积与CVD化学蒸镀法相结合，经过铜片预处理、电沉积反应和CVD化学蒸镀法三个步骤，利用的结构简单的夹具辅助电沉积反应，制备出超疏水铜表面，经测试，所得超疏水铜表面具有优良的超疏水性能，可用于金属铜表面的防污、防锈和自清洁应用等方面。
附图说明
图1为本发明中夹具的结构示意图；
附图中，1上夹板、2下夹板、3、螺栓、4多孔玻璃、5阳极氧化铝模板、6铜片、7导线。
具体实施方式
下面将对本发明的实施例作进一步的详细叙述。
实施例1
（1）铜片预处理
将铜片依次放入到无水丙酮、无水乙醇和去离子水溶液中，进行超声清洗，每次清洗时间为10~20min；接着依次使用5000目砂纸、铝抛光液对经过上述处理过的铜片进行机械抛光处理。
（2）电沉积反应
将经过步骤(1)处理的铜片与阳极氧化铝模板使用夹具连接在一起，如图1所示，上夹板1设置在下夹板2的上部，将多孔玻璃4、阳极氧化铝模板5和铜片6由上至下排列并放置进上夹板1和下夹板2之间，通过螺栓3将上夹板1和下夹板2之间压紧，铜片6上设置有导线7，以铜片为阴极，铂电极为阳极，以含有350g/LNiSO4、50g/LNiCl2·6H2O和450g/LH3BO3的镍离子溶液作为电解液，电解电流设为5mA，反应时间为30min。
上述电解完成后，取出铜片，将铜片放入2M的NaOH溶液中以刻蚀掉氧化铝模板，刻蚀时间为12小时，刻蚀温度为室温；
将经过上述刻蚀过程后的表面为镍纳米线的铜片用去离子水清洗干净，室温下干燥备用；
（3）CVD化学蒸镀法
将经过步骤（2）后的铜片放入DACS-LAB派瑞林涂覆设备中选用自动运行选项进行蒸镀，并通过放入设备的派瑞林聚合物量来控制派瑞林薄膜的厚度。涂覆材料为parylene-N。
采用OCAH200接触角测试仪测试该铜片表面的润湿性，结果表明该铜片表面与水的接触角为171°，滑动角为3°。
实施例2
（1）铜片预处理
将铜片依次放入到丙酮溶液、乙醇溶液和去离子水溶液中，进行超声清洗，每次清洗时间为10~20min；接着依次使用5000目砂纸、铝抛光液对经过上述处理过的铜片进行机械抛光处理。
（2）电沉积反应
将经过步骤(1)处理的铜片与商用阳极氧化铝模板使用夹具连接在一起，如图1所示，上夹板1设置在下夹板2的上部，将多孔玻璃4、商用阳极氧化铝模板5和铜片6由上至下排列并放置进上夹板1和下夹板2之间，通过螺栓3将上夹板1和下夹板2之间压紧，铜片6上设置有导线7，以铜片为阴极，铂电极为阳极，以含有300g/LNiSO4、100g/LNiCl2·6H2O和400g/LH3BO3的镍离子溶液作为电解液，电解电流设为10mA，反应时间为62min。
上述电解完成后，取出铜片，将铜片放入4M的NaOH溶液中以刻蚀掉氧化铝模板，刻蚀时间为6小时，腐蚀温度为室温；
将经过上述腐蚀过程后的表面为镍纳米线的铜片用去离子水清洗干净，室温下干燥备用；
（3）CVD化学蒸镀法
将经过步骤（2）后的铜片放入派瑞林涂覆设备中选用自动运行选项进行蒸镀，并通过放入设备的派瑞林聚合物量来控制派瑞林薄膜的厚度。涂覆材料为parylene-C。
采用OCAH200接触角测试仪测试该铜片表面的润湿性，结果表明该铜片表面与水的接触角为169°，滑动角为3°。
实施例3
（1）铜片预处理
将铜片依次放入到丙酮溶液、乙醇溶液和去离子水溶液中，进行超声清洗，每次清洗时间为10~20min；接着依次使用5000目砂纸、铝抛光液对经过上述处理过的铜片进行机械抛光处理。
（2）电沉积反应
将经过步骤(1)处理的铜片与商用阳极氧化铝模板使用夹具连接在一起，如图1所示，上夹板1设置在下夹板2的上部，将多孔玻璃4、商用阳极氧化铝模板5和铜片6由上至下排列并放置进上夹板1和下夹板2之间，通过螺栓3将上夹板1和下夹板2之间压紧，铜片6上设置有导线7，以铜片为阴极，铂电极为阳极，以含有320g/LNiSO4、75g/LNiCl2·6H2O和500g/LH3BO3的镍离子溶液作为电解液，电解电流设为7mA，反应时间为40min。
上述电解完成后，取出铜片，将铜片放入3M的NaOH溶液中以刻蚀掉氧化铝模板，刻蚀时间为8小时，腐蚀温度为室温；
将经过上述腐蚀过程后的表面为镍纳米线的铜片用去离子水清洗干净，室温下干燥备用；
（3）CVD化学蒸镀法
将经过步骤（2）后的铜片放入DACS-LAB派瑞林涂覆设备中选用自动运行选项进行蒸镀，并通过放入设备的派瑞林聚合物量来控制派瑞林薄膜的厚度。涂覆材料为parylene-D。
采用OCAH200接触角测试仪测试该铜片表面的润湿性，结果表明该铜片表面与水的接触角为175°，滑动角为3°。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种用电沉积与CVD相结合制备超疏水铜表面的方法，其特征在于：包括以下步骤，
（1）铜片预处理：
将铜片依次放入到无水丙酮、无水乙醇和去离子水溶液中，进行超声清洗，每次清洗时间为10~20min；
依次使用5000目砂纸、铝抛光液对经过上述处理过的铜片进行机械抛光处理；
（2）电沉积反应：
将经过步骤(1)处理的铜片与商用阳极氧化铝模板连接在一起，以铜片为阴极，铂电极为阳极，以镍离子溶液作为电解液，电解电流设为5~10mA，反应时间设为30~60min；
上述电解完成后，取出铜片，将铜片放入2~4M的NaOH溶液中以刻蚀掉氧化铝模板，刻蚀时间为6~12小时，刻蚀温度为室温；
将经过上述刻蚀过程后的表面为镍纳米线的铜片用去离子水清洗干净，室温下干燥备用；
（3）CVD化学蒸镀法
将经过步骤（2）后的铜片放入派瑞林涂覆设备，涂覆材料选择parylene-N、parylene-C和parylene-D中的任一种。
2.根据权利要求1所述的一种用电沉积与CVD相结合制备超疏水铜表面的方法，其特征在于：使用夹具将铜片与阳极氧化铝模板连接在一起。
3.根据权利要求2所述的一种用电沉积与CVD相结合制备超疏水铜表面的方法，其特征在于：所述夹具包括通过螺栓连接的上夹板（1）和下夹板（2），所述多孔玻璃（4）、阳极氧化铝模板（5）和铜片（6）由上至下排列在上夹板（1）和下夹板（2）之间，上夹板（1）和下夹板（2）通过螺栓（3）压紧，铜片（6）上设置有导线（7）。
4.根据权利要求1所述的一种用电沉积与CVD相结合制备超疏水铜表面的方法，其特征在于：所述步骤（2）中的镍离子溶液成分为：NiSO4300~350g/L，NiCl2·6H2O50~100g/L，H3BO3400~500g/L。
5.根据权利要求1所述的一种用电沉积与CVD相结合制备超疏水铜表面的方法，其特征在于：所述步骤（3）中派瑞林涂覆设备型号为DACS-LAB。
6.根据权利要求5所述的一种用电沉积与CVD相结合制备超疏水铜表面的方法，其特征在于：选用派瑞林涂覆设备中的自动运行选项进行蒸镀。
7.根据权利要求1~6任一所述的一种用电沉积与CVD相结合制备超疏水铜表面的方法，其特征在于：通过控制放入设备的派瑞林聚合物的量来控制派瑞林薄膜的厚度。
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