本發明專利技術公開了一種金屬銅微米陣列超疏水表面及其制備方法，該方法是首先通過化學沉積在金屬基板上構筑微米級銅的粗糙結構，然后通過在其上自組裝低表面能物質對表面進行疏水化處理使該粗糙結構上覆蓋一層疏水薄膜，從而得到超疏水的金屬銅表面。采用本發明專利技術方法處制備的金屬銅表面具有優良的超疏水性質，其與水滴的接觸角可達到156°，滾動角小于1°。同時，該銅疏水表面有很好的表面結構穩定性，包括耐酸、耐堿、耐有機溶劑及耐低溫、高溫等優良性能，可滿足工業領域對金屬銅超疏水表面的需要。本工藝方法的優點在于不需要借助任何模板，無需復雜設備，對底材形狀無特殊要求，適于工業化批量生產。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種具有耐腐蝕性能的銅超疏水表面的制備方法，特別是一種利用化學沉積工藝和分子自組裝技術在銅表面制備超疏水表面的方法。
技術介紹
眾所周知，材料的浸潤性主要由兩個因素來控制，一個是表面形貌，另一個是表面的化學狀態。其中，超疏水表面由于具有防水、防霧、自清潔等特點，在基礎研究和工業應用中具有重要意義，已經引起了廣泛的關注。超疏水表面是指接觸角大于150°，滾動角小于10°的表面。而對于光滑的表面而言,其接觸角只能提高到120°。超疏水表面的實際應用需要解決兩個關鍵問題:第一是具有耐腐蝕性，即具備耐酸、耐堿、及耐有機溶劑性，第二是具備足夠的界面結合強度。目前關于超疏水表面的制備已有相關報道，其中一些由金屬通過氧化后形成的超疏水表面大多數不耐酸且質地松軟極易脫落，而另一些高分子超疏水表面在高溫條件下由于分子的流動性易導致失效；此外，還有一些超疏水性材料沒有足夠的界面結合強度，使用一段時間后疏水薄膜易脫落而失效。以上這些缺陷，大大制約了超疏水表面材料的實際應用。因此，專利技術一種耐腐蝕性及具有較高穩定性的超疏水表面材料是非常必要的。
技術實現思路
本專利技術針對現有超疏水性材料存在的上述不足，提供一種具有耐腐蝕性且穩定的金屬銅微米陣列超疏水性材料及其制備方法。該金屬銅微米陣列超疏水性材料在微米尺度針狀陣列的表面具有一層疏水層，其結構特點和材料本身的疏水性能共同作用，產生了優異的疏水性能；其制備方法為基于化學沉積方法，通過添加特殊的結晶調整劑，控制化學沉積過程等手段，在材料表面形成微米陣列結構，再利用化學自組裝原理在微米針陣列表面組裝一層有機硫醇類疏水物質，從而達到整個材料的疏水性。本專利技術的技術方案如下: 一種具有耐腐蝕性的銅微米陣列超疏水性材料，該材料形成于金屬基材表面，其包括銅微米針陣列和疏水薄膜，其中，疏水薄膜自組裝于所述銅微米針陣列表面，所述銅微米針陣列包括多個垂直于金屬基材縱向生長并排列緊密的銅微米針，所述疏水薄膜由低表面能物質自組裝而成。優選地，所述銅微米針為高度為0.8 8 μ m，底部直徑為0.5 5 μ m的圓錐狀。優選地，所述疏水薄膜為厚度4 20nm的有機物膜。該有機物膜能完全覆蓋銅微米針陣列且同時保持針狀結構的形貌完整。一種上述的具有耐腐蝕性的銅微米陣列超疏水性材料的制備方法，包括以下步驟: 第一步、選取金屬基材，將金屬基材依次進行表面除油處理和酸洗處理；其中，所述的金屬基材可為任何合適的金屬板材，例如銅、鋁、鎳或鐵質的板材； 所述的表面除油處理是指將金屬基材表面粘附的油污等有機物質去除的處理工序； 所述的酸洗處理是指將金屬基材表面的氧化物層用酸液去除的工序。第二步、將經第一步處理后的金屬基材浸入化學鍍銅用活化液中進行活化；其中，化學鍍銅用活化液可為一種公開的或商用的常規化學鍍銅用活化液，如PdCl2或SnCl2溶液，其濃度根據業內常識進行選取。用化學鍍銅用活化液例如PdCl2或SnCl2溶液進行活化的作用是使下一步的化學沉積液中的銅離子首先在這些活性的金屬鈀粒子或錫粒子上被還原，而這些被還原的金屬銅晶核本身又成為銅離子的催化層，使銅的還原反應繼續在這些新的銅晶核表面上進行； 第三步、將活化后的金屬基材放入配置好的化學沉積液中進行化學沉積，其中，化學沉積的時間為6 60min，溫度20 80°C ;優選地，化學沉積液的組成成分及濃度為:硫酸銅或氯化銅0.02 0.2mol/L、硫酸鎳或氯化鎳0.001 0.01mol/L、絡合劑0.02 0.2mol/L、硼酸0.2 2mol/L、次亞磷酸鈉0.2 2mol/L以及結晶調整劑5 50ppm，并調整其PH至8 9，其中PH值可用堿性試劑進行調整； 所述絡合劑選自檸檬酸鹽、蘋果酸、乙二胺四乙酸鹽、醋酸鹽、乙二胺中的一種或兩種以上； 所述結晶調整劑選自聚乙二醇、聚丙二醇、聚丁二醇中的一種或兩種以上； 第四步、將化學沉積得到的金屬鍍片用去離子水洗滌干凈，之后干燥，然后浸入濃度為0.01 0.05mol/L的疏水劑中，并對其加熱進行自組裝反應，反應溫度為30 120°C，反應時間為15 120min，然后得到具有耐腐蝕性的銅微米陣列超疏水性材料。優選地，可在烘箱中對浸有金屬鍍片的疏水劑溶液進行加熱并進行自組裝反應；其中優選地，疏水劑選自C8-C22的長鏈烷基硫醇及含氟硫醇中的一種或兩種以上，更優選地，疏水劑選自正十二硫醇、正十四硫醇、正十六硫醇、正十八硫醇或正二十硫醇中的一種或兩種以上。與現有技術相比，本專利技術的有益效果如下: 第一，與一般的自組裝相比，本專利技術中長鏈硫醇的巰基和銅原子形成了穩定常數大的配位鍵，使得這種表面具有較好的穩定性，使其具有耐酸、耐堿、耐有機溶液、耐高溫和耐低溫性； 第二，本專利技術的銅超疏水表面材料的疏水性能好，其與水滴的接觸角可達到156°，滾動角小于1° ; 第三，該方法簡單，不需要借助任何模板，無需復雜設備，同時對金屬基材的形狀、材質無特殊要求，適于工業化批量生產。當然，實施本專利技術的任一產品并不一定需要同時達到以上所述的所有優點。具體實施例方式下面結合具體實施例，進一步闡述本專利技術。應該理解，這些實施例僅用于說明本專利技術，而不用于限定本專利技術的保護范圍。在實際應用中技術人員根據本專利技術做出的改進和調整，仍屬于本專利技術的保護范圍。實施例1 采用以下方法制備具有耐腐蝕性的銅微米陣列超疏水性材料: (I)選用銅片作為金屬基材，將其表面進行除油、酸洗處理； (2)將(I)步驟處理好的金屬基材置于濃度為0.15g/L的PdCl2溶液中進行活化處理； (3)將(2)步驟活化后的金屬基材置于化學沉積液中進行化學沉積，該化學沉積液的組成成分及濃度為:硫酸銅0.05 mol/L，硫酸鎳0.008 mol/L，檸檬酸三鈉0.08mol/L，硼酸0.5mol/L，次亞磷酸鈉0.4 mol/L,以及聚乙二醇15ppm，用氫氧化鈉調PH至9，化學沉積的溫度為50°C，化學沉積時間為25min ； (4)經(3)步驟中化學沉積得到的金屬鍍片用去離子水洗滌干凈，之后干燥，然后置于0.015mol/L的正十六硫醇溶液中，置于60°C烘箱中反應30min，然后得到具有耐腐蝕性的銅微米陣列超疏水性材料。將上述制備的具有耐腐蝕性的銅微米陣列超疏水性材料表面進行SEM觀察，其銅微米針高度為0.8 8 μ m，底部直徑為0.5 5 μ m。用德國產接觸角儀，6 μ L水滴進行疏水實驗，結果表明其接觸角為156°，滾動角小于1°。并對其進行耐酸、耐堿、耐有機溶劑和耐高低溫的測試，結果如下: 在酸性條件下，25°C，PH1-PH6的鹽酸溶液中(GB1763-79)，接觸角和滾動角均無明顯變化； 在堿性條件下，25°C，PH8-PH13的氫氧化鈉溶液中(GB1763-79)，接觸角和滾動角均無明顯變化； 在有機溶劑條件下，丙酮、乙醇溶液中，接觸角和滾動角均無明顯變化。在0°C的冰柜中放置24h.，接觸角和滾動角均無明顯變化。在100°C的沸水放置24h.，接觸角和滾動角均無明顯變化。實施例2 按照實施例1的方法，將正十六硫醇溶液的濃度改為0.025mol/L，制備得到的具有耐腐蝕性的銅微米陣列超疏水性材料表面與水的接觸角大于150本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種具有耐腐蝕性的銅微米陣列超疏水性材料，其特征在于，該材料形成于金屬基材表面，其包括銅微米針陣列和疏水薄膜，其中，疏水薄膜自組裝于所述銅微米針陣列表面，所述銅微米針陣列包括多個垂直于金屬基材縱向生長并排列緊密的銅微米針。
【技術特征摘要】
1.一種具有耐腐蝕性的銅微米陣列超疏水性材料，其特征在于，該材料形成于金屬基材表面，其包括銅微米針陣列和疏水薄膜，其中，疏水薄膜自組裝于所述銅微米針陣列表面，所述銅微米針陣列包括多個垂直于金屬基材縱向生長并排列緊密的銅微米針。2.根據權利要求1所述的具有耐腐蝕性的銅微米陣列超疏水性材料，其特征在于，所述銅微米針為高度為0.8 8 μ m，底部直徑為0.5 5 μ m的圓錐狀。3.根據權利要求1所述的具有耐腐蝕性的銅微米陣列超疏水性材料，其特征在于，所述疏水薄膜為厚度4 20nm的有機物膜。4.一種權利要求1所述的具有耐腐蝕性的銅微米陣列超疏水性材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 第一步、選取金屬基材，將金屬基材依次進行表面除油處理和酸洗處理； 第二步、將經第一步處理后的金屬基材浸入化學鍍銅用活化液中進行活化； 第三步、將活化后的金屬基材放入配置好的化學沉積液中進行化學沉積，其中，化學沉積的時間為6 60min，溫度20 80°C ; 第四步、將化學沉積得到的金屬鍍片用去離子水洗滌干凈，之后干燥，然后浸入濃度為0.01 0.05mol/L的疏水劑中，并對其加熱進行自組裝反應，反應溫度為30 120°C，反應時間為15 120min，然后得到具有耐腐蝕性的銅微米陣列超疏水性材料。5.根據權利要求4所述...
【專利技術屬性】
技術研發人員：余喆吟，李明，章文婧，
申請(專利權)人：上海交通大學，
類型：發明
國別省市：
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