一種耐蝕抗霧低黏附銅基超疏水表面的制備方法技術

本發明專利技術公開了一種耐蝕抗霧低黏附銅基超疏水表面的制備方法，該方法是以氨水的水和無水乙醇(體積比1:1)的混合溶劑溶液作為浸泡液，將銅箔先進行預處理，以除去表面粉塵、油污及氧化皮；隨后，用浸泡液對預處理后的銅箔進行浸泡處理，在銅箔表面構建特殊粗糙結構；最后將具有粗糙結構的銅箔基底置于底部事先滴有氟硅烷的塑料真空干燥器中，常溫條件下進行真空氟化，即制得所述的耐蝕抗霧低黏附銅基超疏水表面。該超疏水表面具有優異的(在模擬海水溶液中)耐蝕性能和(在霧化環境中)抗冷凝效果。在銅箔表面構建納米級粗糙結構工藝簡單、條件溫和、易操作、成本低和適合工業化生產等。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于化學、化工及功能材料
，涉及一種低黏附銅基超疏水表面的制備方法，特別是關于一種具有抗霧和耐蝕性能的銅基超疏水表面的制備方法。
技術介紹
銅及其合金由于其優良的導熱性能、機械性能和抗污性能，同時具有足夠的強度、彈性和耐磨性，在國民經濟中的應用十分廣泛。如發電機組中，大部分的凝汽器、低壓加熱器和冷油器中的換熱器件以及水冷發電機的空芯導線都使用銅或者銅合金；此外，海上軍事工程中，艦船管路系統中使用較多的也是一些銅及銅合金。但是這些銅基材料/銅制零部件在使用過程中，大部分需要暴露在潮濕環境中，特別是在一些侵蝕性離子(如Cl-)存在的惡劣環境中，由于銅表面能較高水分子易吸附聚集從而極易造成表面的污染和腐蝕，嚴重影響了銅產品的導熱和導電性能，給產品和設備的穩定工作帶來了較大的危害。因此，銅基材料的抗污染、耐腐蝕工作變得至關重要！超疏水表面處理技術是一種新型表面防護技術，具有超疏水特性的表面對材料可以起到自清潔、抑制表面腐蝕和氧化以及降低摩擦系數的效果。超疏水表面技術的興起為銅基材料的耐腐蝕性提供了一個新思路，使銅基材料的抗污染性、耐腐蝕性成為可能。目前，超疏水銅基材料主要是通過電沉積、化學刻蝕、化學沉積以及熱氧化等方法，在銅片表面構筑能夠產生超疏水性能的粗糙結構，利用化學修飾后降低表面能從而得到超疏水表面。但是，一方面，這些方法通常都存在處理工序復雜，成本較高，穩定性較差等缺點，根本無法大面積工業化生產。另一方面，也是最重要的，現存的很多超疏水表面只對外加宏觀水滴呈低黏附超疏狀態(即Cassie態)，對潮濕環境中原位形成的微小液滴或霧化液滴則呈非超疏水態(即超疏水特性在水蒸氣凝結條件下發生失效)或高黏附的超疏狀態(即Wenzel態)，很難脫落，基本無法實現工業化應用。
技術實現思路
本專利技術的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種綠色環保、處理工序簡單、條件溫和、易操作、成本低、穩定性好的銅基超疏水表面的制備方法，用以解決現有技術中的銅基超疏水表面技術存在的處理工序復雜、成本較高、穩定性不高、耐蝕性較差、水蒸氣凝結條件下發生超疏水特性失效等的技術問題。本專利技術的技術方案如下：一種耐蝕抗霧低黏附銅基超疏水表面的制備方法，包括如下步驟：(1)基底預處理：除去銅箔表面的粉塵、油污及氧化皮；(2)浸泡處理：以水和無水乙醇的混合溶液作溶劑，配制氨水溶液作為浸泡液，用浸泡液對步驟(1)預處理后的銅箔進行浸泡處理，在銅箔表面構建納米級粗糙結構；(3)表面改性：利用低表面能材料對步驟(2)中獲得的銅箔進行常溫真空氟化，即制得低黏附銅基超疏水表面。采用上述方法，即可以在銅箔表面構建出由納米級藤條形的“莖”和納米級棒棒糖團簇狀的“花”組成的“菜花”狀結構，該結構宏觀顏色呈紅黑色。作為優選，所述步驟(1)具體為：將銅箔基底依次用丙酮、無水乙醇和去離子水超聲清洗，去除表面的粉塵和油污；而后浸入稀鹽酸溶液中去除氧化皮；隨后用水沖洗，除凈殘留的鹽酸；最后，用無水乙醇淋洗，冷風吹干，備用。具體地，所述稀鹽酸溶液的濃度為0.01mol/L-0.5mol/L，去除氧化皮的時間為20s-90s。作為優選，所述步驟(2)具體為：首先，利用體積比1:1的去離子水與無水乙醇的混合溶液作溶劑，配制稀氨水溶液；然后，將洗凈的銅箔懸浮于稀氨水溶液中，封閉反應器，并置于恒溫水槽中反應；最后，取出銅箔，用去離子水沖洗干凈，再用無水乙醇淋洗，而后冷風吹干。具體地，所述稀氨水濃度為0.01mol/L-0.03mol/L。具體地，所述恒溫溫度為0℃-25℃，反應時間為1h-24h。作為優選，所述步驟(3)中真空氟化時間為8h-12h。具體地，所述低表面能材料為：十七氟癸基三甲氧基硅烷、氟硅烷、硅烷偶聯劑、聚四氟乙烯、正十二烷硫醇和脂肪酸，所述脂肪酸為月桂酸、豆蔻酸、棕櫚酸或硬脂酸。本專利技術的有益效果是：(1)本專利技術的一種耐蝕抗霧低黏附銅基超疏水表面的制備方法，制備所得的銅箔超疏水表面水靜態接觸角可達163°，滾動角3.8°，具有明顯的低黏附超疏水性能。(2)本專利技術的一種耐蝕抗霧低黏附銅基超疏水表面的制備方法，采用氨水的水和無水乙醇(體積比1:1)的混合溶劑溶液作為浸泡液，在進行化學刻蝕時，氨水并沒有參與反應而是對銅箔的氧化起催化作用，其機理如下:室溫下稀氨水的水和乙醇混合溶劑溶液浸泡銅箔過程涉及的反應如下：(3)本專利技術的一種耐蝕抗霧低黏附銅基超疏水表面的制備方法，一方面，稀氨水的水和乙醇混合溶劑溶液浸泡過程非常溫和，能均衡有效控制銅箔表面的形貌變化；另一方面，成本較其他化學刻蝕液更為低廉，更適合量產。(4)本專利技術的一種耐蝕抗霧低黏附銅基超疏水表面的制備方法，制備所得的銅箔超疏水表面在模擬海水溶液中浸泡一周后，其表面對水的接觸角可保持在160°，緩蝕率能達到97％；繼續浸泡到15天后，仍表現出非常好的耐蝕性能，其緩蝕率達到了90％，具有優異的耐蝕性能。(5)本專利技術的一種耐蝕抗霧低黏附銅基超疏水表面的制備方法，制備所得的銅箔超疏水表面在溫度2℃-5℃，相對濕度80％以上的霧化環境中，表面經歷著“露滴形核-原位生長/遷移合并生長-脫落”的滴狀冷凝過程，且表面露滴更新非常快；在該冷凝條件下2h后其表面水滴覆蓋率和水滴滯留質量面密度不到親水銅箔的30％。表現出霧化環境中仍然具有很強勁的超疏水性能，能夠保持冷凝露滴的Cassie態接觸，具有明顯的抗霧效果。有望實現滴狀冷凝傳熱的無源強化，進而提高設備工作效率和保護設備防止銹蝕，在航空航天、低溫存儲、空調熱泵、制冷和低溫工程等領域有廣闊的應用前景和巨大的市場效益。(6)本專利技術的一種耐蝕抗霧低黏附銅基超疏水表面的制備方法，采用稀氨水的水和乙醇混合溶劑溶液為浸泡液對銅箔表面進行浸泡處理，再經過常溫真空氟硅烷修飾，從而使所得的超疏水表面具有較強的耐腐蝕性能和明顯的抗霧效果，是一種比較簡單、廉價易控制的方法，通過本專利技術的制備方法最終所得的銅基超疏水表面具有較高的防腐性能和抗霧效果。(7)本專利技術的一種耐蝕抗霧低黏附銅基超疏水表面的制備方法，采用一步浸泡法，采用稀氨水的水和乙醇混合溶劑溶液為刻蝕液，近室溫條件下在銅箔表面構建納米級粗糙結構；經過常溫真空氟化，便可得到具有強勁超疏水性能的表面。附圖說明圖1為未經處理的原始銅箔表面的FESEM圖。圖2為0.03mol/L稀氨水的水和乙醇混合溶劑溶液25℃浸泡銅箔4h表面構建納米菜花狀結構的FESEM圖。圖3為銅箔表面構建納米菜花狀微結構的XRD圖。圖4為銅箔表面構建納米菜花狀微結構的TEM圖。圖5為原始銅箔表面的水靜態接觸角圖。圖6為構建有納米菜花狀微結構的超疏水銅箔表面的水靜態接觸角圖。圖7為原始銅箔表面的冷凝顯微視圖(圖中標尺為300μm)。圖8為構建有納米菜花狀微結構的超疏水銅箔表面的冷凝顯微視圖(圖中標尺為300μm)。圖9為構建有納米菜花狀微結構的超疏水銅箔表面單個冷凝微滴自脫附過程的顯微測視圖。具體實施方式為了使本專利技術目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合實例，對本專利技術進行進一步的詳細說明。實例1一種耐蝕抗霧低黏附銅基超疏水表面的制備方法，以銅箔箔為基底，以氨水的水和無水乙醇(體積比1:1)的混合溶劑溶液作為浸泡液，在銅箔表面構筑納米級粗糙本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種耐蝕抗霧低黏附銅基超疏水表面的制備方法，其特征在于包括如下步驟：(1)基底預處理：除去銅箔表面的粉塵、油污及氧化皮；(2)浸泡處理：以水和無水乙醇的混合溶液作溶劑，配制氨水溶液作為浸泡液，用浸泡液對步驟(1)預處理后的銅箔進行浸泡處理，在銅箔表面構建納米級粗糙結構；(3)表面改性：利用低表面能材料對步驟(2)中獲得的銅箔進行常溫真空氟化，即制得低黏附銅基超疏水表面。

【技術特征摘要】
1.一種耐蝕抗霧低黏附銅基超疏水表面的制備方法，其特征在于包括如下步驟：(1)基底預處理：除去銅箔表面的粉塵、油污及氧化皮；(2)浸泡處理：以水和無水乙醇的混合溶液作溶劑，配制氨水溶液作為浸泡液，用浸泡液對步驟(1)預處理后的銅箔進行浸泡處理，在銅箔表面構建納米級粗糙結構；(3)表面改性：利用低表面能材料對步驟(2)中獲得的銅箔進行常溫真空氟化，即制得低黏附銅基超疏水表面。2.根據權利要求1所述一種耐蝕抗霧低黏附銅基超疏水表面的制備方法，其特征在于：所述步驟(1)具體為：將銅箔基底依次用丙酮、無水乙醇和去離子水超聲清洗，去除表面的粉塵和油污；而后浸入稀鹽酸溶液中去除氧化皮；隨后用水沖洗，除凈殘留的鹽酸；最后，用無水乙醇淋洗，冷風吹干，備用。3.根據權利要求2所述一種耐蝕抗霧低黏附銅基超疏水表面的制備方法，其特征在于：所述稀鹽酸溶液的濃度為0.01mol/L-0.5mol/L，去除氧化皮的時間為20s-90s。4.根據權利要求1所述一種耐蝕抗霧低黏附銅基超疏水...

【專利技術屬性】
技術研發人員：夏詠梅，余新泉，盧雅琳，張友法，孫順平，李小平，陳鋒，
申請(專利權)人：江蘇理工學院，
類型：發明
國別省市：江蘇;32