一種具有天然多尺度樹枝狀微針翅銅表面結構及其制備方法技術

本發明專利技術公開了一種具有天然多尺度樹枝狀微針翅銅表面結構及其制備方法。金屬銅基體表面上分布有銅晶枝結構，所述銅晶枝結構具有天然的多尺度結構，包括主晶枝、二級晶枝或三級晶枝；銅晶枝之間有間隙，銅晶枝為垂直的，或是與基體表面呈傾斜角。這種簡易的低成本大規模制備微針翅表面的方法，適合對任何形狀的表面進行處理，且無需貴重的機械設備，節能環保，生成周期短。而且其天然的多尺度結構，能在強化傳熱、催化劑載體、高效分離、微反應器，表面親疏水改性等傳熱傳質領域，因此具有很好的工業應用前景。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于材料科學領域，具體地說，涉及一種具有天然多尺度樹枝狀微針翅銅表面結構及其制備方法。
技術介紹
因其優良的傳熱傳質性能，微針翅（微柱群）結構在微反應器（CN102202774A），催化劑載體（CN103623825-A），高效分離（US20070227967A）以及電子器件冷（CN101447466）卻方面有著廣泛的運用。近年來，隨著納米科技的發展，經過修飾的多尺度微針翅結構展現出了更多優良能。Cao(Y.Cao,L.Yuan,B.HuandJ.Zhou,Nanotechnology,2015,26.)在硅微針翅表面修飾納米氧化鋅結構，使其成為一種具有三級結構的三維多孔超疏水表面。而經過納米結構修飾的硅微針翅結構（N.S.Dhillon,J.BuongiornoandK.K.Varanasi,Nat.Commun.,2015,6,12.），有效的提高了沸騰表面的臨界熱流密度。Thai（D.LeThai,D.-J.Kim,T.TranQuang,D.VinhQuang,B.-Y.Kim,H.K.MoonandN.-E.Lee,Adv.Funct.Mater.,2015,25,883-890.）使用氧化石墨烯修飾高深寬比額微針翅表面在室溫條件下探測NH3，此表面有效的提高了探測的靈敏度并降低的檢測限和響應時間。微針翅（微柱群）結構的加工通常為傳統的機械微加工技術和MEMS制造技術。這兩種技術都有其各自的優缺點。和MEMS相比，傳統的微加工技術具有成熟度高，和成本相對較低的優點，但是很難加工尺寸在100μm以下的微柱結構；而MEMS技術能夠輕松加工微米結構和納米結構，特別是在高深寬比微結構方面有著獨特的優勢。但這種技術通常都有非常長的工藝流程。同時，這兩種技術都需要復雜的機械設備，并且都有很大程度的材料浪費。
技術實現思路
針對于傳統微針翅結構加工困難，工藝流程長，尺度單一的缺點，本專利技術的目的是提供一種簡單的，快速，具有天然多尺度樹枝狀微針翅銅表面結構。本專利技術的另一目的在于提供上述具有天然多尺度樹枝狀微針翅銅表面結構的制備方法。為實現上述專利技術目的，本專利技術采用如下的技術方案：一種具有天然多尺度樹枝狀微針翅銅表面結構，金屬銅基體表面上分布有銅晶枝結構，所述銅晶枝結構具有天然的多尺度結構，包括主晶枝、二級晶枝或三級晶枝；銅晶枝之間有間隙，銅晶枝為垂直的，或是與基體表面呈傾斜角。上述具有天然多尺度樹枝狀微針翅銅表面結構的制備方法，包括如下步驟：將銅基體處理和預鍍后，進行銅晶枝沉積；在沉積過程中，以處理過的銅基體為陰極，以硫酸和硫酸銅為電解質的溶液，采用逐漸增大電流密度的方法，進行電沉積反應；在還原保護氣氛條件下，進行燒結處理。在上述具有天然多尺度樹枝狀微針翅銅表面結構的制備方法中，所述電解液中硫酸的摩爾濃度為0.2~1.0M，硫酸銅的摩爾濃度為0.4~0.8M。在上述具有天然多尺度樹枝狀微針翅銅表面結構的制備方法中，電沉積過程中，電流密度增速為0.1~20mA/(cm2·s)。在上述具有天然多尺度樹枝狀微針翅銅表面結構的制備方法中，所述燒結處理的溫度為400~750℃，在400~750℃還原氣氛中燒結，增加產品機械強度。與現有技術相比，本專利技術具有如下有益效果：本專利技術提供了一種簡易的低成本大規模制備微針翅銅表面結構的方法，適合對任何形狀的表面進行處理，且無需貴重的機械設備，節能環保，生成周期短，因此具有很好的工業應用前景。本專利技術制備的天然多尺度微針翅銅表面結構和傳統微針翅表面相比具有多尺度的結構，比較面積大，毛細力強，易于氣泡脫離的特點，有效的提高了池沸騰傳熱的換熱效率，故而非常適合運用于強化傳熱領域。本專利技術的天然多尺度微針翅銅表面結構可運用粉范圍廣，因其獨特的三維多尺度結構，除了強化傳熱領域外，在催化劑載體，高效分離，微反應器，表面親疏水改性等傳熱傳質領域也可有良好的性能。本專利技術的天然多尺度結構的樹枝狀微針翅銅表面結構可應用于熱管、換熱器、電子元件的冷卻等換熱領域，也可以用于其他諸如催化劑載體、高效分離、微反應器等領域的運用。附圖說明圖1為實施例1的天然多尺度樹枝狀微針翅銅表面結構側視圖；圖2為實施例2的天然多尺度樹枝狀微針翅銅表面結構側視圖；此時基體呈一定傾斜角度；圖3為實施例1的銅表面結構與光滑銅表面的池沸騰曲線對比圖。具體實施方式下面結合具體附圖和較佳實例對本專利技術作進一步具體詳細描述。實施例1：（1）金屬基體處理：首先使用稀硫酸溶液除去表面氧化物，讓后用高濃度堿液清洗表面油污，接著使用去離子高純水沖洗3次。（2）金屬基體預鍍：為了增加所沉積的銅晶枝機械強度，在沉積銅晶枝前進行預鍍。預鍍溶液與銅晶枝的溶液相同。預鍍電流密度為0.02A/cm2，預鍍時間為10min。（3）銅晶枝沉積：使用逐漸增大電流的方法，處理過的金屬基體為陰極，在配比為0.6MCuSO4、0.8MH2SO4的溶液中，保持電流增速為0.67mA/(cm2·s)，起始電流密度為0.1A/cm2，反應總電量為1080C。得到的樣品清洗吹干后進行熱處理。（4）產品熱處理：在還原保護氣氛條件下，進行熱處理，進一步增強產品機械強度。所得銅表面結構如圖1所示，在銅基表面上分布有一系列的銅晶枝結構，銅晶枝結構具有天然的多尺度結構，包括主晶枝、二級晶枝、三級晶枝等。銅晶枝之間有間隙，銅晶枝具有垂直的，也有和基體表面呈一定傾斜角的。實施例2（1）金屬基體處理：首先使用稀硫酸溶液除去表面氧化物，讓后用高濃度堿液清洗表面油污，接著使用去離子高純水沖洗3次。（2）金屬基體預鍍：為了增加所沉積的銅晶枝機械強度，在沉積銅晶枝前進行預鍍。預鍍溶液與銅晶枝的溶液相同。預鍍電流密度為0.02A/cm2，預鍍時間為10min。（3）銅晶枝沉積：使用逐漸增大電流的方法，處理過的金屬基體為陰極，在配比為0.6MCuSO4、0.4MH2SO4的溶液中，保持電流增速為2mA/(cm2·s)，起始電流密度為0.1A/cm2，反應總電量為180C。得到的樣品清洗吹干后進行熱處理。（4）產品熱處理：在還原保護氣氛條件下，進行熱處理，進一步增強產品機械強度。所得銅表面結構如圖2所示，在銅基表面上分布有一系列的銅晶枝結構，銅晶枝結構具有天然的多尺度結構，包括主晶枝、二級晶枝、三級晶枝等。銅晶枝之間有間隙，銅晶枝具有垂直的，也有和基體表面呈一定傾斜角的。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種具有天然多尺度樹枝狀微針翅銅表面結構，其特征在于，金屬銅基體表面上分布有銅晶枝結構，所述銅晶枝結構具有天然的多尺度結構，包括主晶枝、二級晶枝或三級晶枝；銅晶枝之間有間隙，銅晶枝為垂直的，或是與基體表面呈傾斜角。

【技術特征摘要】
1.一種具有天然多尺度樹枝狀微針翅銅表面結構，其特征在于，金屬銅基體表面上分布有銅晶枝結構，所述銅晶枝結構具有天然的多尺度結構，包括主晶枝、二級晶枝或三級晶枝；銅晶枝之間有間隙，銅晶枝為垂直的，或是與基體表面呈傾斜角。2.權利要求1所述具有天然多尺度樹枝狀微針翅銅表面結構的制備方法，其特征在于包括如下步驟：將銅基體處理和預鍍后，進行銅晶枝沉積；在沉積過程中，以處理過的銅基體為陰極，以硫酸和硫酸銅為電解質的溶液，采用逐漸增大電流密度的方法，進行電沉積反應；在...

【專利技術屬性】
技術研發人員：呂樹申，汪亞橋，莫冬傳，
申請(專利權)人：中山大學，
類型：發明
國別省市：廣東;44