專利名稱：一種在銅基體表面構建超疏水薄膜的方法
技術領域：
本發明涉及一種構建超疏水薄膜的方法。
背景技術：
超疏水材料是指與水接觸角大于150°，滾動角小于5°的材料，是近年來表面科學與薄膜科學研究的熱點之一。超疏水材料在日常生活，工業生產，國防中有廣泛的應用， 在金屬表面構建超疏水薄膜可以增強金屬的抗腐蝕能力。超疏水表面有兩大必備要素一是表面要有微納米粗糙結構，二是表面物質具有低的表面能。通常在基體表面構建微納米粗糙結構和對表面用低表面能物質修飾是分兩步進行的，比如劉維民等在《在金屬銅表面上制備超疏水性表面的方法》(專利號 CN201010161832. 3)中，先將金屬銅板置于過飽和硫酸銅溶液中浸泡10 15天，在銅表面構建粗糙結構，然后用把端乙烯基-聚二甲基硅氧烷旋涂到金屬銅板表面的方法進行表面修飾。梁世強等在《一種制備銅基超疏水表面的方法》(專利號CN200910081996.2)中采用如下方法使基體變粗糙銅基浸泡在HNO3溶液中刻蝕片刻取出，用水沖洗吹干；均勻噴覆醋酸，于室溫下、相對濕度50%以上、陰干后再次噴覆醋酸，待銅基表面上形成遍布綠色斑點的表面層；將銅基放入烘箱中于300士50°C下烘烤取出，置于空氣中至冷卻，將粗糙化的基體浸泡在正十八硫醇的乙醇溶液或十二硫醇的乙醇溶液中進行表面修飾以降低表面能。 由以上兩個例子可以看出把基體表面粗糙化和表面修飾分成兩步構建超疏水表面的方法步驟繁瑣復雜，且使用的原料如端乙烯基-聚二甲基硅氧烷毒性較大，成本相對較高，不利于大規模工業生產。
發明內容
本發明的目的是為了解決現有方法構建超疏水表面步驟繁瑣復雜且使用的原料毒性較大的問題，本發明提供了一種在銅基體表面構建超疏水薄膜的方法。本發明的一種在銅基體表面構建超疏水薄膜的方法，是通過以下步驟實現的一、 用銅基體放入質量濃度為0. 30%的鹽酸或質量濃度為0. 70%的硫酸或兩種酸的上述兩種酸等體積混合中浸泡0. 2 120min除去銅基體表面的氧化物后，用去離子水對銅基體清洗1 3次，然后再用乙醇沖洗1 3次，得到清潔銅基體；二、將硝酸銀溶解在甲醇、乙醇或者丙酮中，得到溶液A ；然后在溶液A中加入主鏈碳原子數9 20的羧酸使其溶解，得到溶液B ；溶液B中，硝酸銀的濃度為1 30mmol/L，羧酸的濃度為1 40mmol/L ； 三、將步驟一中得到的清潔銅基體放入步驟二得到的溶液B中浸泡0. 5 5min，或者將步驟二得到的溶液B噴涂在步驟一中得到的清潔銅基體表面，然后進行干燥，干燥溫度50°C 90°C，干燥時間0. 5 48h，完成在銅基體表面構建超疏水薄膜。本發明通過銅和硝酸銀的置換反應生成具有微納米結構的銀層，在銅基體上構建粗糙表面，利用長鏈羧酸在銀表面形成自組裝膜以降低表面能；在銅基體表面構建的超疏水薄膜具有良好的超疏水性，薄膜與基體結合良好，性能穩定。并且構建粗糙表面和表面修飾一步完成，設備和工藝簡單，易于操作；使用原料毒性低，對環境污染小。
圖1是具體實施方式
二十得到的銅表面超疏水薄膜的接觸角圖。圖2是具體實施方式
二十一得到的銅表面超疏水薄膜放大20000倍的SEM圖。
具體實施例方式本發明技術方法不局限于以下所列舉的具體實施方式
，還包括各具體實施見的任
思組合。
具體實施方式
一本實施方式中一種在銅基體表面構建超疏水薄膜的方法，通過以下步驟實現一、用銅基體放入質量濃度為0. 30%的鹽酸或質量濃度為0. 70%的硫酸或上述兩種酸等體積混合的混合液中浸泡0. 2 120min除去銅基體表面的氧化物后，用去離子水對銅基體清洗1 3次，然后再用乙醇沖洗1 3次，得到清潔銅基體； 二、將硝酸銀溶解在甲醇、乙醇或者丙酮中，得到溶液A ；然后在溶液A中加入主鏈碳原子數 9 20的羧酸使其溶解，得到溶液B ；溶液B中，硝酸銀的濃度為1 30mmol/L，羧酸的濃度為1 40mmol/L ；三、將步驟一中得到的清潔銅基體放入步驟二得到的溶液B中浸泡0. 5 5min，或者將步驟二得到的溶液B噴涂在步驟一中得到的清潔銅基體表面，然后進行干燥， 干燥溫度50°C 90°C，干燥時間0. 5 48h，完成在銅基體表面構建超疏水薄膜。本實施方式步驟一中銅基體為純銅或者含銅質量為50%以上的銅合金；本實施方式步驟二中羧酸所含官能團為碳鏈和一個羧基；本實施方式構建粗糙表面和表面修飾一步完成，設備和工藝簡單，易于操作；使用原料毒性低，對環境污染小。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一所述的鹽酸質量濃度為1 % 25 %，硫酸質量濃度為1 % 60 %，浸泡時間為0. 5 lOOmin。其它步驟及參數與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一所述的鹽酸質量濃度為10%，硫酸質量濃度為5%，浸泡時間為50min。其它步驟及參數與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一至三不同的是步驟一中用去離子水對基體清洗2次，然后再用乙醇沖洗2次。其它步驟及參數與具體實施方式
一至三相同。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一至四不同的是步驟二中加入主鏈碳原子數10 19的羧酸。其它步驟及參數與具體實施方式
一至四相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一至四不同的是步驟二中加入主鏈碳原子數12的羧酸。其它步驟及參數與具體實施方式
一至四相同。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
一至六不同的是步驟二中硝酸銀的濃度為5 25mmol/L。其它步驟及參數與具體實施方式
一至六相同。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
一至六不同的是步驟二中硝酸銀的濃度為15mmol/L。其它步驟及參數與具體實施方式
一至六相同。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
一至八不同的是步驟二中羧酸的濃度為5 35mmol/L。其它步驟及參數與具體實施方式
一至八相同。
具體實施方式
十本實施方式與具體實施方式
一至八不同的是步驟二中羧酸的濃度為20mmol/L。其它步驟及參數與具體實施方式
一至八相同。
具體實施方式
十一本實施方式與具體實施方式
一至十不同的是步驟三中浸泡 l ^iin。其它步驟及參數與具體實施方式
一至十相同。
具體實施方式
十二 本實施方式與具體實施方式
一至十不同的是步驟三中浸泡 aiiin。其它步驟及參數與具體實施方式
一至十相同。
具體實施方式
十三本實施方式與具體實施方式
一至十二不同的是步驟三中干燥溫度55°C 85°C，干燥時間1 40h。其它步驟及參數與具體實施方式
一至十二相同。
具體實施方式
十四本實施方式與具體實施方式
一至十二不同的是步驟三中干燥溫度60°C，干燥時間20h。其它步驟及參數與具體實施方式
一至十二相同。
具體實施方式
十五本實施方式中一種在銅基體表面構建超疏水薄膜的方法，通過以下步驟實現一、將尺寸為3cmX3cmX0. 2cm的銅片放入500ml質量濃度為的鹽酸中浸泡5min后，用去離子水清洗銅片2次，然后再用乙醇沖洗2次，吹干銅片表面乙醇，得到清潔銅片；二、將0. 1 0. 3g硝酸銀放入燒杯中，加入IOOml乙醇，磁力攪拌使其溶解，得到溶液A，在溶液A中加入0. 05 0. 22g十四酸，磁力攪拌使十四酸溶解，得到溶液B ；三、 將步驟一中得到的清潔銅片放入步驟二得到的溶液B中，浸泡0. 5 lmin，然后將其放入烘箱中進行干燥，干燥溫度50°C 90°C，干燥時間0. 5 48h，完成在銅表面構建超疏水薄膜。
具體實施方式
十六本實施方式中一種在銅基體表面構建超疏水薄膜的方法，通過以下步驟實現一、將尺寸為3cmX3cmX0. 2cm的銅片放入500ml質量濃度為的鹽酸中浸泡5min后，用去離子水清洗銅片2次，然后再用乙醇沖洗2次，吹干銅片表面乙醇，得到清潔銅片；二、將0. 1 0. 3g硝酸銀放入燒杯中，加入IOOml丙酮，磁力攪拌使其溶解，得到溶液A，在溶液A中加入0. 05 0. Ig十六酸，磁力攪拌使十六酸溶解，得到溶液B ；三、 將步驟二得到的溶液B噴涂在步驟一中得到的清潔銅片表面，然后將其放入烘箱中進行干燥，干燥溫度50°C 90°C，干燥時間0. 5 48h，完成在銅表面構建超疏水薄膜。
具體實施方式
十七本實施方式中一種在銅基體表面構建超疏水薄膜的方法，通過以下步驟實現一、將尺寸為3cmX3cmX0. 2cm的銅片放入500ml質量濃度為10%的硫酸中浸泡5min除去銅片表面的氧化物，然后用去離子水對銅片清洗2次，然后再用乙醇沖洗2次，得到清潔銅片；二、將0. 1 0. 3g硝酸銀溶解在甲醇中，得到溶液A ；然后在溶液A 中加入0. 05 0. Ig 二十酸使其溶解，得到溶液B ；三、將步驟一中得到的清潔銅片放入步驟二得到的溶液B中浸泡0. 5 lmin，或者將步驟二得到的溶液B噴涂在步驟一中得到的清潔銅片表面，然后進行干燥，干燥溫度50°C 90°C，干燥時間0. 5 48h，完成在銅表面構建超疏水薄膜。
具體實施方式
十八本實施方式中一種在銅基體表面構建超疏水薄膜的方法，通過以下步驟實現一、將尺寸為3cmX3cmX0. 2cm的銅片放入500ml質量濃度為5%的鹽酸和質量濃度為10%的硫酸等體積混合的混合液中浸泡5min除去銅片表面的氧化物，用去離子水對銅片清洗2次，然后再用乙醇沖洗2次，得到清潔銅片；二、將0. 1 0. 3g硝酸銀溶解在乙醇中，得到溶液A ；然后在溶液A中加入0. 05 0. Ig十九酸使其溶解，得到溶液
5B ；三、將步驟一中得到的清潔銅片放入步驟二得到的溶液B中浸泡0. 5 lmin，或者將步驟二得到的溶液B噴涂在步驟一中得到的清潔銅片表面，然后進行干燥，干燥溫度50°C 90°C，干燥時間0. 5 48h，完成在銅表面構建超疏水薄膜。
具體實施方式
十九本實施方式中一種在銅基體表面構建超疏水薄膜的方法，通過以下步驟實現一、將尺寸為3cmX3cmX0. 2cm的銅片放入500ml質量濃度為的鹽酸中浸泡5min后，用去離子水清洗銅片2次，然后再用乙醇沖洗2次，吹干銅片表面乙醇，得到清潔銅片；二、將0. 17g硝酸銀放入燒杯中，加入IOOml丙酮，磁力攪拌使其溶解，得到溶液A，在溶液A中加入02g月桂酸，磁力攪拌使月桂酸溶解，得到溶液B;三、將步驟一中得到的清潔銅片放入步驟二得到的溶液B中，浸泡0. 5min，然后將其放入烘箱中進行干燥，干燥溫度60°C，干燥時間證，完成在銅表面構建超疏水薄膜。本實施方式得到的銅表面超疏水薄膜與水的接觸角為155士4°。
具體實施方式
二十本實施方式中一種在銅基體表面構建超疏水薄膜的方法，通過以下步驟實現一、將尺寸為3cmX3cmX0. 2cm的銅片放入500ml質量濃度為的鹽酸中浸泡5min后，用去離子水清洗銅片2次，然后再用乙醇沖洗2次，吹干銅片表面乙醇，得到清潔銅片；二、將0. 085g硝酸銀放入燒杯中，加入IOOml乙醇，磁力攪拌使其溶解，得到溶液A，在溶液A中加入0. 3g十四酸，磁力攪拌使十四酸溶解，得到溶液B ；三、將步驟二得到的溶液B噴涂在步驟一中得到的清潔銅片表面，然后將其放入烘箱中進行干燥，干燥溫度 700C，干燥時間池，完成在銅表面構建超疏水薄膜。本實施方式中得到的銅表面超疏水薄膜的接觸角圖如圖1所示。從圖1可以看出， 水滴在銅表面呈圓球狀，接觸角近160°C，具有很好的疏水性。
具體實施方式
二十一本實施方式中一種在銅基體表面構建超疏水薄膜的方法， 通過以下步驟實現一、將尺寸為3cmX3cmX0. 2cm的銅片放入500ml質量濃度為的鹽酸中浸泡5min后，用去離子水清洗銅片2次，然后再用乙醇沖洗2次，吹干銅片表面乙醇， 得到清潔銅片；二、將0. 085g硝酸銀放入燒杯中，加入IOOml甲醇，磁力攪拌使其溶解，得到溶液A，在溶液A中加入0. 2g月桂酸，磁力攪拌使月桂酸溶解，得到溶液B ；三、將步驟一中得到的清潔銅片放入步驟二得到的溶液B中，浸泡lmin，然后將其放入烘箱中進行干燥，干燥溫度50°C，，干燥時間6h，完成在銅表面構建超疏水薄膜。本實施方式中得到的銅表面超疏水薄膜放大20000倍的SEM圖如圖2所示。從圖 2可以觀察到銅表面的微納米粗糙結構。
權利要求
1.一種在銅基體表面構建超疏水薄膜的方法，其特征在于一種在銅基體表面構建超疏水薄膜的方法通過以下步驟實現一、用銅基體放入質量濃度為0. 30%的鹽酸或質量濃度為0. 70%的硫酸或上述兩種酸等體積混合的混合液中浸泡0. 2 120min除去銅基體表面的氧化物后，用去離子水對銅基體清洗1 3次，然后再用乙醇沖洗1 3 次，得到清潔銅基體；二、將硝酸銀溶解在甲醇、乙醇或者丙酮中，得到溶液A ；然后在溶液A 中加入主鏈碳原子數9 20的羧酸使其溶解，得到溶液B ；溶液B中，硝酸銀的濃度為1 30mmol/L，羧酸的濃度為1 40mmol/L ；三、將步驟一中得到的清潔銅基體放入步驟二得到的溶液B中浸泡0. 5 5min，或者將步驟二得到的溶液B噴涂在步驟一中得到的清潔銅基體表面，然后進行干燥，干燥溫度50°C 90°C，干燥時間0. 5 48h，完成在銅基體表面構建超疏水薄膜。
2.根據權利要求1所述的一種在銅基體表面構建超疏水薄膜的方法，其特征在于步驟一所述的鹽酸質量濃度為 25%，硫酸質量濃度為 60%，浸泡時間為0.5 IOOmin0
3.根據權利要求1所述的一種在銅基體表面構建超疏水薄膜的方法，其特征在于步驟一中用去離子水對基體清洗2次，然后再用乙醇沖洗2次。
4.根據權利要求1或2所述的一種在銅基體表面構建超疏水薄膜的方法，其特征在于步驟二中加入主鏈碳原子數10 19的羧酸。
5.根據權利要求4所述的一種在銅基體表面構建超疏水薄膜的方法，其特征在于步驟二中硝酸銀的濃度為5 25mmol/L。
6.根據權利要求2或3所述的一種在銅基體表面構建超疏水薄膜的方法，其特征在于步驟二中羧酸的濃度為5 35mmol/L。
7.根據權利要求6所述的一種在銅基體表面構建超疏水薄膜的方法，其特征在于步驟三中浸泡1 4min。
8.根據權利要求6所述的一種在銅基體表面構建超疏水薄膜的方法，其特征在于步驟三中干燥溫度 85°C，干燥時間1 40h。
全文摘要
一種在銅基體表面構建超疏水薄膜的方法，它涉及一種構建超疏水薄膜的方法。本發明為了解決現有方法構建超疏水表面步驟繁瑣復雜且使用的原料毒性較大的問題。本發明通過銅和硝酸銀的置換反應生成具有微納米結構的銀層，在銅基體上構建粗糙表面，利用長鏈羧酸在銀表面形成自組裝膜以降低表面能。本發明構建粗糙表面和表面修飾一步完成，設備和工藝簡單，易于操作；使用原料毒性低，對環境污染小。適用于超疏水薄膜的大規模工業化生產。
文檔編號C23C18/54GK102230169SQ20111015726
公開日2011年11月2日 申請日期2011年6月13日 優先權日2011年6月13日
發明者楊勝男, 潘欽敏, 祝青, 陳寧 申請人:哈爾濱工業大學