一种耐蚀抗雾草状结构铜基超疏水表面的制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种耐蚀抗雾草状结构铜基超疏水表面的制备方法与应用；该方法是以稀氨水溶液作为浸泡液，将紫铜先进行预处理；然后用浸泡液对预处理后的紫铜进行恒温浸泡处理，在紫铜表面构建草状纳米级粗糙结构；再利用氟硅烷对表面构建出草状纳米级粗糙结构的紫铜进行真空气相氟化，获得耐蚀抗雾草状结构铜基超疏水表面；其中：所述的稀氨水溶液是以去离子水作为溶剂配制而成。应用：将制得的耐蚀抗雾草状结构铜基超疏水表面用于航空航天、低温存储、空调热泵、制冷和低温工程材料中。本发明专利技术的制备方法，具有制备工艺简单、反应条件温和、成本低廉、稳定性高且绿色环保等优点，并且制备所得的超疏水表面，具有优异的耐腐蚀性能和抗雾效果。抗雾效果。抗雾效果。

【技术实现步骤摘要】
一种耐蚀抗雾草状结构铜基超疏水表面的制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及超疏水功能材料
，具体涉及一种耐蚀抗雾草状结构铜基超疏水表面的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]铜及其合金由于其优良的导热性能、机械性能和抗污性能，同时具有足够的强度、弹性和耐磨性，在国民经济中的应用十分广泛。如发电机组中，大部分的凝汽器、低压加热器和冷油器中的换热器件以及水冷发电机的空芯导线都使用铜或者铜合金；此外，海上军事工程中，舰船管路系统中使用较多的也是一些铜及铜合金。但是这些铜基材料/铜制零部件在使用过程中，大部分需要暴露在潮湿环境中，特别是在一些侵蚀性离子(如Cl
‑
)存在的恶劣环境中，由于铜表面能较高水分子易吸附聚集从而极易造成表面的污染和腐蚀，严重影响了铜产品的导热和导电性能，给产品和设备的稳定工作带来了较大的危害。因此，铜基材料的抗污染、耐腐蚀工作变得至关重要。
[0003]超疏水表面处理技术是一种新型表面防护技术，具有超疏水特性的表面对材料可以起到自清洁、抑制表面腐蚀和氧化以及降低摩擦系数的效果。超疏水表面技术的兴起为铜基材料的耐腐蚀性提供了一个新思路，使铜基材料的抗污染性、耐腐蚀性成为可能。
[0004]目前，超疏水铜基材料主要是通过电沉积、化学刻蚀、化学沉积以及热氧化等方法，在铜片表面构筑能够产生超疏水性能的粗糙结构，利用化学修饰后降低表面能从而得到超疏水表面。但是，一方面，这些方法通常都存在处理工序复杂，成本较高，稳定性较差等缺点，根本无法大面积工业化生产。另一方面，也是最重要的，现存的很多超疏水表面只对外加宏观水滴呈低黏附超疏状态(即Cassie态)，对潮湿环境中原位形成的微小液滴或雾化液滴则呈非超疏水态(即超疏水特性在水蒸气凝结条件下发生失效)或高黏附的超疏状态(即Wenzel态)，很难脱落，基本无法实现工业化应用。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于针对上述现有技术中存在的缺陷，而提供一种绿色环保、工艺条件简单、反应条件温和、操作方便、成本低、稳定性好且适于工业化生产的耐蚀抗雾草状结构铜基超疏水表面的制备方法，用以解决现有技术中铜基超疏水表面所存在的技术问题，本专利技术制备的超疏水表面具有优异的宏观疏水性能。本专利技术还提供了耐蚀抗雾草状结构铜基超疏水表面的应用，其应用前景好，市场效益巨大。
[0006]本专利技术是通过如下技术方案实现的：
[0007]一种耐蚀抗雾草状结构铜基超疏水表面的制备方法，其特征在于，该方法是以稀氨水溶液作为浸泡液，将紫铜先进行预处理；然后用所述的浸泡液对预处理后的紫铜进行恒温浸泡处理，在紫铜表面构建草状纳米级粗糙结构；再利用氟硅烷对表面构建出草状纳米级粗糙结构的紫铜进行真空气相氟化，获得耐蚀抗雾草状结构铜基超疏水表面；其中：所述的稀氨水溶液是以去离子水作为溶剂配制而成。
[0008]具体的，采用本专利技术所述的方法制备所得的耐蚀抗雾草状结构铜基超疏水表面，其水静态接触角可达163.7
°
，滚动角约10
°
，具有明显的低黏附超疏水性能。
[0009]具体的，在本专利技术的工艺中采用了稀氨水溶液作为浸泡液，在进行化学反应时，由于紫铜不是活泼的金属，而氨水又是弱碱，所以金属铜和氨水一般不直接发生反应，但氨水会促使铜被氧化。因此，紫铜在稀氨水溶液(稀氨水的单一溶剂溶液)中发生的主要反应为：
[0010]2Cu+O2+4NH3·
H2O
→
2Cu(OH)2↓
+4NH3↑
+2H2O
ꢀꢀꢀ
(1)
[0011]随着反应温度的升高，发生局部脱水反应：
[0012]Cu(OH)2→
CuO+H2O
ꢀꢀꢀ
(2)
[0013]本专利技术采用稀氨水溶液作为浸泡液具有以下优点：一方面，稀氨水的水溶液浸泡过程非常温和，能均衡有效控制紫铜表面的形貌变化；另一方面，成本较其他化学刻蚀液更为低廉，更适合量产。
[0014]进一步的，一种耐蚀抗雾草状结构铜基超疏水表面的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
[0015]S1、配制稀氨水溶液：以去离子水作为溶剂，配制0.05
‑
0.1mol/L的稀氨水溶液；
[0016]S2、紫铜预处理：将紫铜先用有机溶剂和去离子水超声清洗，以去除表面的脏污；然后再用酸腐蚀，去除表面的氧化层；接着水洗除去表面酸残留；
[0017]S3、防氧化处理：对预处理后的紫铜采用有机溶剂淋洗并风干，在表面形成保护层，避免再次氧化；
[0018]S4、构建草状纳米级粗糙结构：将经过上述处理工序后的紫铜浸泡于所述稀氨水溶液中并在10
‑
20℃下反应一段时间，即可在紫铜表面构建出草状纳米级粗糙结构；
[0019]S5、氟化改性：将表面构建出草状纳米级粗糙结构的紫铜置于装有氟硅烷的真空干燥器中，进行真空气相氟化；获得耐蚀抗雾草状结构铜基超疏水表面。
[0020]进一步的，一种耐蚀抗雾草状结构铜基超疏水表面的制备方法：步骤S2、紫铜预处理：将紫铜先用有机溶剂和去离子水超声清洗5
‑
10分钟，以去除紫铜表面的脏污；然后再用酸腐蚀40
‑
60秒，去除表面的氧化层；接着依次用自来水和去离子水冲洗除去表面的酸残留；其中：所述的有机溶剂为丙酮和无水乙醇；所述的酸为浓度0.1
‑
0.3mol/L的盐酸溶液。
[0021]进一步的，一种耐蚀抗雾草状结构铜基超疏水表面的制备方法：步骤S3、防氧化处理：对预处理后的紫铜采用无水乙醇进行淋洗并风干，在紫铜表面形成保护层，以避免再次氧化。
[0022]进一步的，一种耐蚀抗雾草状结构铜基超疏水表面的制备方法：步骤S4、构建草状纳米级粗糙结构：将紫铜浸泡于所述稀氨水溶液中并在10
‑
20℃下反应12
‑
20小时，即可在紫铜表面构建出草状纳米级粗糙结构。
[0023]进一步的，一种耐蚀抗雾草状结构铜基超疏水表面的制备方法：步骤S5、氟化改性：中所述的氟硅烷为十七氟癸基三甲氧基硅烷(FAS
‑
17)；气相氟化的时间为3
‑
6小时。具体的，本专利技术采用的气相氟化工艺能够使氟化更加均匀。具体的氟化过程为：将表面构建出草状纳米级粗糙结构的紫铜基底放入底部事先滴有1
‑
5mL氟硅烷的塑料真空干燥器中，真空气相氟化3
‑
6小时，即可完成氟化改性。
[0024]一种耐蚀抗雾草状结构铜基超疏水表面的应用，其特征在于，将上述的制备方法制得的耐蚀抗雾草状结构铜基超疏水表面用于航空航天、低温存储、空调热泵、制冷和低温
工程材料中。本专利技术制备的耐蚀抗雾草状结构铜基超疏水表面，其超疏水性能优异，稳定性好，在航空航天、低温存储、空调热泵、制冷和低温工程等领域有广阔的应用前景和巨大的市场效益。
[0025]本专利技术公本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐蚀抗雾草状结构铜基超疏水表面的制备方法，其特征在于，该方法是以稀氨水溶液作为浸泡液，将紫铜先进行预处理；然后用所述的浸泡液对预处理后的紫铜进行恒温浸泡处理，在紫铜表面构建草状纳米级粗糙结构；再利用氟硅烷对表面构建出草状纳米级粗糙结构的紫铜进行真空气相氟化，获得耐蚀抗雾草状结构铜基超疏水表面；其中：所述的稀氨水溶液是以去离子水作为溶剂配制而成。2.根据权利要求1所述的一种耐蚀抗雾草状结构铜基超疏水表面的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：S1、配制稀氨水溶液：以去离子水作为溶剂，配制0.05
‑
0.1mol/L的稀氨水溶液；S2、紫铜预处理：将紫铜先用有机溶剂和去离子水超声清洗，以去除表面的脏污；然后再用酸腐蚀，去除表面的氧化层；接着水洗除去表面酸残留；S3、防氧化处理：对预处理后的紫铜采用有机溶剂淋洗并风干，在表面形成保护层，避免再次氧化；S4、构建草状纳米级粗糙结构：将经过上述处理工序后的紫铜浸泡于所述稀氨水溶液中并在10
‑
20℃下反应一段时间，即可在紫铜表面构建出草状纳米级粗糙结构；S5、氟化改性：将表面构建出草状纳米级粗糙结构的紫铜置于装有氟硅烷的真空干燥器中，进行真空气相氟化；获得耐蚀抗雾草状结构铜基超疏水表面。3.根据权利要求2所述的一种耐蚀抗雾草状结构铜基超疏水表面的制备方法，其特征在于，步骤S2、紫铜预处理：将紫铜先...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏咏梅，樊国栋，陈扬，欧军飞，李小平，
申请(专利权)人：江苏理工学院，
类型：发明
国别省市：