一种具有结构与润湿性梯度铜针的制备方法技术

本发明专利技术公开一种具有结构与润湿性梯度的铜针的制备方法，包括去除铜表面氧化物质、超疏水性铜针的制备、润湿性梯度铜针的制备等步骤。本发明专利技术从自然界中仙人掌刺的结构中获得灵感，对其优异的润湿性以及锥形结构进行仿生设计，利用悬吊电沉积法在铜针表面制备出具有润湿性梯度的结构表面。这种一维结构与润湿性梯度表面在具有优异的液滴定向运输性能，应用于水雾收集中也具有不错的反响。本发明专利技术原料来源易得，制备工艺简单，通过将润湿性梯度驱动力与结构梯度驱动力协同作用有利于液滴快速定向运输。制备的结构与润湿性梯度铜针具有良好的水雾收集性能。

【技术实现步骤摘要】
一种具有结构与润湿性梯度铜针的制备方法
本专利技术属于一维润湿性梯度表面制备
，特别涉及制备可用于微量液滴定向运输和水雾收集的润湿性梯度铜针的制备方法。
技术介绍
结构与润湿性梯度的铜针的制备是受启发与大自然中的仙人掌刺的锥形结构和结合制备化学梯度形成定向运输性能。锥形铜针的结构使液滴产生结构梯度驱动力，使液滴向截面半径较大的区域定向运输。相比于锥形结构之外，通过悬吊法控制电沉积的时间形成润湿性梯度，电沉积时间越长则越亲水。通过悬吊法，由铜针尖端到底部逐渐提拉出电解液中会形成人工制备的化学润湿性梯度。通过悬吊电沉积法制备的结构与润湿性梯度的铜针可实现良好的液滴定向运输性能和水雾收集性能。通过控制提拉的速率和电流的密度形成不同程度的润湿性梯度结构。因此，将这些特性组合在一起，在未来的微流体定向运输与水雾收集方面具有广袤的前景。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种工艺简单、应用方便的结构与润湿性梯度的铜针的制备方法。利用铜针的锥形结构，悬吊电沉积法制备的润湿性梯度，高效的实现液滴定向运输与水雾收集的性能。实现本专利技术目的的技术方案是：一种具有结构与润湿性梯度铜针的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：A.去除铜表面氧化物质：将锥形铜针置于一定浓度的硝酸溶液中进行超声处理5～15min，去除铜针表面氧化物杂质；利用去离子水和乙醇依次冲洗锥形铜针表面，洗去表面残留的硝酸溶液；最后，在20～35℃下干燥10～30min；B.超疏水性铜针的制备：配置一定比例的十二烷基硫醇(C12H26S)和乙醇(C2H6O)混合溶液作为修饰剂；将步骤A得到的铜针浸泡在修饰剂中2～4h，将铜针表面润湿性修饰为超疏水性；C.润湿性梯度铜针的制备：配置一定量的五水硫酸铜(CuSO4·5H2O)、浓硫酸(H2SO4)和蒸馏水(H2O)的混合溶液作为电解液，取两片铜片作为双阳极；将步骤B得到的超疏水铜针作为阴极，电化学工作站稳定工作前提下在阴极表面沉积金属铜(Cu)；另外，利用一定功率的电机以匀速向电解液中释放铜针，从而在铜针表面形成润湿性梯度。进一步的，步骤A中，硝酸溶液的浓度为15wt％。进一步的，步骤B中，十二烷基硫醇(C12H26S)、乙醇(C2H6O)的体积百分数配比为25％：75％。进一步的，步骤C中，五水硫酸铜(CuSO4·5H2O)和浓硫酸(H2SO4)的混合溶液作为电解液，五水硫酸铜(CuSO4·5H2O)、浓硫酸(H2SO4)和蒸馏水的质量百分数配比为：35.84％：4.40％：59.76％。进一步的，步骤C中，电化学工作站稳定工作时，电沉积过程中电流为0.4A。进一步的，步骤C中，电机功率为6W，额定扭矩为1kg·cm，额定频率为50/60HZ，转速为1～5r/min，将铜针提出电解液时间为100～120s。本专利技术的有益效果是：与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1.原料来源易得，制备工艺简单，流程易懂。2.通过将润湿性梯度驱动力与结构梯度驱动力协同作用有利于液滴快速定向运输。3.制备的结构与润湿性梯度铜针具有良好的水雾收集性能。4.制备过程中，未使用对环境危害较大的化学产品，较大程度减轻对环境的污染。附图说明图1为本专利技术实施例1中利用控制电解时间与电流密度制备的结构与润湿性梯度的铜针中4个不同区域的电镜图与接触角图。图bdfh放大倍数为2000倍，图cegi放大倍数为8000倍。图2为本专利技术实施例2中结构与润湿性梯度的铜针在不同倾斜角度下液滴定向运输测试图。设定液滴体积为3μL，其中图a为液滴在倾斜角度为-30°时，液滴克服重力在润湿性梯度和结构梯度驱动力的共同作用，向着铜针底部定向运输。图b为倾斜角度为-15°时，液滴克服重力在润湿性梯度和结构梯度驱动力的共同作用，向着铜针底部定向运输。图c为倾斜角度为0°时，液滴在润湿性梯度与结构梯度驱动力的共同作用下，向着铜针底部定向运输。图3为本专利技术实施例3中不同润湿性铜针样品的水雾捕获性能测试图。其中图a，b,c分别为原始铜针、超疏水铜针和结构与润湿性铜针的水雾捕获性能测试图。图4为本专利技术实施例4中不同润湿性铜针和特制的结构与润湿性梯度铜针阵列的水雾收集性能图。具体实施方式为了更好地理解本专利技术，下面结合实施例进一步阐明本专利技术的内容，但本专利技术的内容不仅仅局限于下面的实施例。本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样在本申请所列权利要求书限定范围之内。实施例11.去除铜表面氧化物质：将锥形铜针置于15wt％浓度的硝酸溶液中进行超声处理15min，去除铜针表面氧化物杂质。利用去离子水和乙醇依次冲洗锥形铜针表面，洗去表面残留的硝酸溶液。最后，在35℃下干燥30min。2.超疏水性铜针的制备：配置体积比为1:3的十二烷基硫醇(C12H26S)和乙醇(C2H6O)混合溶液作为修饰剂。将步骤1得到的铜针浸泡在修饰剂中4h，得到润湿性为超疏水性的铜针。3.润湿性梯度铜针的制备：将149.9g五水硫酸铜(CuSO4·5H2O)、18.4mL浓硫酸(H2SO4)和250mL蒸馏水(H2O)混合溶液作为电解液，取两片铜片作为双阳极。将步骤2得到的超疏水铜针作为阴极,电化学工作站稳定工作前提下在阴极表面沉积金属铜(Cu)。另外，利用功率为6W的电机匀速向电解液中释放铜针，从而在铜针表面形成润湿性梯度。4.结构与润湿性梯度铜针的形貌表征：由SEM电镜图可知结构与润湿性梯度铜针表面由微米级突起和片状结构组成，如图1b-i所示。随着电化学沉积的时间增加，电流密度变大，沉积至铜针上的亲水突起增多。因此，结构与润湿性梯度铜针从尖部区域向底部区域的润湿性由疏水性向亲水性逐渐转变，如图1a和图1中接触角图片所示。实施例21.去除铜表面氧化物质：将锥形铜针置于15wt％浓度的硝酸溶液中进行超声处理10min，去除铜针表面氧化物杂质。利用去离子水和乙醇依次冲洗锥形铜针表面，洗去表面残留的硝酸溶液。最后，在30℃下干燥25min。2.超疏水性铜针的制备：配置比例为1:3的十二烷基硫醇(C12H26S)和乙醇(C2H6O)混合溶液作为修饰剂。将步骤1得到的铜针浸泡在修饰剂中3.5h，得到润湿性为超疏水性的铜针。3.润湿性梯度铜针的制备：将149.9g五水硫酸铜(CuSO4·5H2O)、18.4mL浓硫酸(H2SO4)和250mL蒸馏水(H2O)混合溶液作为电解液，取两片铜片作为双阳极。将步骤2得到的超疏水铜针作为阴极,电化学工作站稳定工作前提下在阴极表面沉积金属铜(Cu)。另外，利用功率为6W的电机匀速向电解液中释放铜针，从而在铜针表面形成润湿性梯度。4.液滴定向运输性能：将制备得结构与润湿性梯度的铜针固定一定角度(0°，-15°和-30°)，使用微量进样器控制微滴的体积为3μL，观察液滴从润湿性梯度结构的亲水性尖端向疏水性底部定向运输。图2a-c分别为结构与润本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有结构与润湿性梯度铜针的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/nA.去除铜表面氧化物质：将锥形铜针置于一定浓度的硝酸溶液中进行超声处理5～15min，去除铜针表面氧化物杂质；利用去离子水和乙醇依次冲洗锥形铜针表面，洗去表面残留的硝酸溶液；最后，在20～35℃下干燥10～30min；/nB.超疏水性铜针的制备：配置一定比例的十二烷基硫醇C

【技术特征摘要】
1.一种具有结构与润湿性梯度铜针的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
A.去除铜表面氧化物质：将锥形铜针置于一定浓度的硝酸溶液中进行超声处理5～15min，去除铜针表面氧化物杂质；利用去离子水和乙醇依次冲洗锥形铜针表面，洗去表面残留的硝酸溶液；最后，在20～35℃下干燥10～30min；
B.超疏水性铜针的制备：配置一定比例的十二烷基硫醇C12H26S和乙醇C2H6O混合溶液作为修饰剂；将步骤A得到的铜针浸泡在修饰剂中2～4h，将铜针表面润湿性修饰为超疏水性；
C.润湿性梯度铜针的制备：配置一定量的五水硫酸铜CuSO4·5H2O、浓硫酸H2SO4和蒸馏水H2O的混合溶液作为电解液，取两片铜片作为双阳极；将步骤B得到的超疏水铜针作为阴极，电化学工作站稳定工作前提下在阴极表面沉积金属铜Cu；另外，利用一定功率的电机以匀速向电解液中释放铜针，从而在铜针表面形成润湿性梯度。


2.如权利要求1所述的一种具有结构与润湿性梯度铜针的制备方法，其特征在于：步骤A中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭志光，汤星，
申请(专利权)人：湖北大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42