一種超疏水銅箔的制備方法與流程

本發明涉及銅箔的超疏水制備技術領域，具體涉及一種超疏水銅箔的制備方法。

背景技術：
金屬及合金由于具有優良的導電、導熱性和一定的強度及和良好的加工性被廣泛應用到船舶、建筑、國防以及國民生產得各個部門中。然而，普通金屬在潮濕或腐蝕性環境中，非常容易被腐蝕，從而影響材料的使用壽命，導致其不能正常發揮作用，也給使用者帶來很多不安全因素。在世界范圍內，由金屬腐蝕導致的消耗占整個工業產品生產的2～3％，每年造成的直接經濟損失達7000億美元，如果將維修費用等間接損失計算在內，這一數字還將大大提高。然而除少數貴金屬(如Au、Pt)外，金屬都有轉變成離子的趨勢。當金屬和周圍介質接觸時，會發生化學和電化學作用而引起金屬的腐蝕。為了解決上述難題，人們一直致力于探索金屬材料的有效防腐問題，至今也取得了不少成果，獲得了很多比較有效的方法。常用的金屬防腐蝕目前大致分為以下幾類：金屬的陽極保護、金屬的陰極保護和金屬表面的非金屬涂料保護以及在金屬表面形成鈍化膜來保護。然而上述這些方法所獲得的金屬表面都不具有自清潔性，很容易被污染。近年來，受荷葉效應的啟發，與水接觸角大于150°的超疏水表面引起了廣泛的關注。在超疏水表面上，以水為溶劑的液滴通常形成亮晶晶的球形水珠，稍微傾斜一定的角度液滴就會從超疏水表面滾落，由于液滴與超疏水表面的接觸面積非常小，而且極易從超疏水表面滾落，而不能穩定地停留在超疏水表面，因而以水為介質的化學反應以及電化學反應等將得到最大程度的抑制，因此超疏水表面具有防腐蝕、防止電流傳導、抗氧化、防止雪的黏附甚至抑制霜凍等功能。很顯然，如果賦予金屬表面超疏水的性質，金屬表面可以長期保持干凈漂亮的外觀，而且由于金屬表面的水滴難以停留，長期保持干燥，因而電化學腐蝕及化學腐蝕等都難以發生，從而提高金屬表面的抗腐蝕性。銅是一種應用非常廣泛且非常重要的金屬，在銅基體上制備超疏水表面對于提高銅的抗腐蝕性具有重要的意義。申請人在2011年申請了一項發明專利，公開號CN102489439A，發明名稱一種超疏水銅片的制備方法，其將銅片分別在乙醇和丙酮中浸泡10分鐘取出后烘干，再將銅片在碳酸氫銨溶液中浸泡0.5-8小時，最后浸泡在硬脂酸溶液中，得到的超疏水銅片具有自清潔性，但申請人后來發現，利用上述的制備方法得到的超疏水銅片的穩定性較差，一般只能維持1-2個月。

技術實現要素：
本發明的目的是針對現有技術中的不足，提供一種超疏水銅箔的制備方法，其具有制備操作工藝簡單、重現性好、無需任何昂貴設備、也不需要復雜的化學處理過程的特點，制備得到的超疏水銅箔的穩定性好，能保持至少一年以上。本發明的目的通過以下技術方案實現：一種超疏水銅箔的制備方法，在銅箔上構建超疏水表面，該表面與水的接觸角在150o~160o之間，滾動角小于10o，所述構建方法為以下步驟：步驟一、對銅箔進行裁剪，優選的裁剪長寬分別為5cm和3cm的銅箔，銅箔的厚度為0.3mm，以便于能完全浸泡。步驟二、用去離子水沖洗掉銅箔表面的灰塵，步驟三、將銅箔在乙醇中浸泡25-35分鐘后取出烘干，再置于丙酮中浸泡25-35分鐘后取出烘干。銅箔在依次經過乙醇和丙酮浸泡，第一個作用是進一步清洗銅箔表面殘留的雜質，使銅箔表面更加純凈，第二個作用是通過浸泡使銅箔表面形成初步的微納結構。銅箔在乙醇和丙酮中的浸泡時間過長或過短，都會影響微納結構的形成情況。步驟四、將銅箔在質量百分濃度為25-35%的冰醋酸溶液中浸泡0.5-10小時，優選的，冰醋酸溶液的濃度為30%，進一步的，所述步驟四中冰醋酸中浸泡的溫度為20-60℃。銅箔是通過壓延的工藝制備而成的，其表面一定會少量的非銅雜質，利用這個性質，當銅箔在冰醋酸中浸泡時，銅單質會發生反應從而形成凹陷的坑，而其他的雜質就會游離出來，未發生反應的則會相對凸起，銅箔的表面慢慢形成凹凸不平的微納結構。步驟五、將在冰醋酸浸泡過的銅箔置于雙氧水中浸泡1-10小時，微納結構形成之后，通過雙氧水浸泡將銅單質氧化成穩定的氧化銅，將銅箔表面的微納結構鈍化。步驟六、將在雙氧水中浸泡過的銅箔置于高錳酸鉀溶液中浸泡1-5小時，利用高錳酸鉀進一步氧化。步驟七、將硬脂酸溶解于乙醇中形成質量百分濃度為1%-5%的溶液；步驟八、將在高錳酸鉀溶液浸泡后的銅箔置于步驟七制備得到硬脂酸溶液中浸泡30-60分鐘，然后取出烘干，便可得到超疏水銅箔，通過將氧化后的銅箔置于硬脂酸溶液中浸泡，能降低銅箔的表面能，增大水與銅箔表面的接觸角。其中，所述超疏水表面為類荷葉狀的表面結構。荷葉的表面具有微納米分級結構和疏水的蠟質層，落在荷葉上的水不會鋪開展平而是形成球形的水滴，水滴可以自由的滾動并帶走荷葉表面的灰塵。本發明的超疏水表面結構為類似荷葉上述的微納結構，該結構具由疏水和自清潔能力。其中，所述步驟五中的雙氧水的質量百分濃度為5%-15%，所述步驟五中銅箔在雙氧水中浸泡的溫度為20-50℃。雙氧水的濃度和浸泡時間是根據銅箔的表面特性設定的，其影響銅箔表面的微納結構的氧化程度和穩定性。其中，所述步驟六中高錳酸鉀溶液的質量百分濃度為1%-5%，所述步驟六中銅箔在高錳酸鉀溶液中浸泡的溫度為20-80℃。高錳酸鉀的濃度和浸泡時間是根據銅箔的表面特性設定的，其影響銅箔表面的微納結構的進一步的氧化程度和穩定性。其中，所述步驟四銅箔在冰醋酸溶液中的浸泡時間為0.5-3小時，浸泡的時間過長或者過短都會影響微納結構的形成情況。其中，所述步驟六中銅箔在高錳酸鉀溶液的浸泡時間為1-5小時，浸泡時間直接影響了銅箔表面微納結構的氧化程度，即直接影響微納結構的穩定性。本發明的有益效果：本發明制備超疏水性銅箔的方法，制備操作工藝簡單、重現性好、無需任何昂貴設備、也不需要復雜的化學處理過程，具有很好的工業化應用前景。通過本發明制備得到的超疏水銅箔的表面與水的接觸角在150o~160o之間，滾動角小于10o，具有與荷葉表面類似的超疏水和自清潔能力，銅箔表面具有防腐蝕、防止電流傳導、抗氧化、防止雪的黏附甚至抑制霜凍等功能，因此本發明的銅箔能長期保持干凈漂亮的外觀，而且由于銅箔表面的水滴難以停留，長期保持干燥，因而電化學腐蝕及化學腐蝕等都難以發生，從而提高銅箔表面的抗腐蝕性，穩定性能維持至少一年以上。附圖說明利用附圖對發明作進一步說明，但附圖中的實施例不構成對本發明的任何限制，對于本領域的普通技術人員，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據以下附圖獲得其它的附圖。圖1是本發明超疏水銅箔的掃描電鏡圖；圖2是本發明超疏水銅箔表面與水的接觸角測試圖。具體實施方式結合以下實施例對本發明作進一步描述。實施例1步驟一、裁剪適當長和寬的銅箔。步驟二、用去離子水沖洗掉銅箔表面的灰塵。步驟三、將銅箔依次在乙醇和丙酮中浸泡25分鐘后取出烘干。步驟四、將銅箔在冰醋酸溶液中浸泡10小時，冰醋酸的溫度為20℃。步驟五、將在質量百分濃度為25%的冰醋酸浸泡過的銅箔置于濃度為15%的雙氧水中浸泡1小時，浸泡溫度為40℃。步驟六、將在雙氧水中浸泡過的銅箔置于質量百分濃度為2%高錳酸鉀溶液中浸泡5小時，浸泡溫度為20℃。步驟七、將硬脂酸溶解于乙醇中形成質量百分濃度為1%的溶液。步驟八、將在高錳酸鉀溶液浸泡后的銅箔置于步驟七制備得到硬脂酸溶液中浸泡30分鐘，然后取出烘干，便可得到超疏水銅箔，獲得的銅箔表面與水的接觸角為153±1.7o。實施例2步驟一、裁剪適當長和寬的銅箔。步驟二、用去離子水沖洗掉銅箔表面的灰塵。步驟三、將銅箔依次在乙醇和丙酮中浸泡30分鐘后取出烘干。步驟四、將銅箔在質量百分濃度為30%的冰醋酸溶液中浸泡0.5小時，冰醋酸的溫度為60℃。步驟五、將在冰醋酸浸泡過的銅箔置于質量百分濃度為5%的雙氧水中浸泡5小時，浸泡溫度為20℃。步驟六、將在雙氧水中浸泡過的銅箔置于質量百分濃度為1%高錳酸鉀溶液中浸泡5小時，浸泡溫度為80℃。步驟七、將硬脂酸溶解于乙醇中形成質量百分濃度為5%的溶液。步驟八、將在高錳酸鉀溶液浸泡后的銅箔置于步驟七制備得到硬脂酸溶液中浸泡40分鐘，然后取出烘干，便可得到超疏水銅箔，獲得的銅箔表面與水的接觸角為150±1.8o。實施例3步驟一、裁剪適當長和寬的銅箔。步驟二、用去離子水沖洗掉銅箔表面的灰塵。步驟三、將銅箔依次在乙醇和丙酮中浸泡30分鐘后取出烘干。步驟四、將銅箔在質量百分濃度為為35%的冰醋酸溶液中浸泡5小時，冰醋酸的溫度為25℃。步驟五、將在冰醋酸浸泡過的銅箔置于質量百分濃度為10%的雙氧水中浸泡3小時，浸泡溫度為50℃。步驟六、將在雙氧水中浸泡過的銅箔置于濃度為5%高錳酸鉀溶液中浸泡1小時，浸泡溫度為50℃。步驟七、將硬脂酸溶解于乙醇中形成質量百分濃度為1%的溶液。步驟八、將在高錳酸鉀溶液浸泡后的銅箔置于步驟七制備得到硬脂酸溶液中浸泡30分鐘，然后取出烘干，便可得到超疏水銅箔，獲得的銅箔表面與水的接觸角為153±2o。實施例4步驟一、裁剪適當長和寬的銅箔。步驟二、用去離子水沖洗掉銅箔表面的灰塵。步驟三、將銅箔依次在乙醇和丙酮中浸泡30分鐘后取出烘干。步驟四、將銅箔在質量百分濃度為30%冰醋酸溶液中浸泡3小時，冰醋酸的溫度為50℃。步驟五、將在冰醋酸浸泡過的銅箔置于質量百分濃度為5%的雙氧水中浸泡3小時，浸泡溫度為20℃。步驟六、將在雙氧水中浸泡過的銅箔置于濃度為1%高錳酸鉀溶液中浸泡1小時，浸泡溫度為50℃。步驟七、將硬脂酸溶解于乙醇中形成質量百分濃度為1%的溶液。步驟八、將在高錳酸鉀溶液浸泡后的銅箔置于步驟七制備得到硬脂酸溶液中浸泡60分鐘，然后取出烘干，便可得到超疏水銅箔，獲得的銅箔表面與水的接觸角為158±2o。如圖2所示，用OCA20接觸角測試儀測試該本發明任意一個實施例制備得到的銅箔表面的潤濕性，結果表明該表面與水的接觸角為150o~160o。如圖1所示，該銅箔表面形貌用FEIQuanta200環境掃描電子顯微鏡進行了觀察，發現該表面由大量突起的類似于荷葉表面的微米-納米二元結構突起組成。最后應當說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對本發明保護范圍的限制，盡管參照較佳實施例對本發明作了詳細地說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的實質和范圍。