一种金属铜表面超疏水处理方法技术

本发明专利技术公开了一种金属铜表面超疏水处理方法，属于化学技术领域。该方法是将清洗、干燥后的金属铜浸入０．００５～０．０１５Ｍ的１２－羟基硬脂酸的甲醇溶液中，于室温下浸泡６０～８０小时，在金属铜表面形成微纳米结合的粗糙表面结构，无需低表面能修饰便形成了超疏水表面。经测试，本发明专利技术处理的金属铜金属铜表面的接触角约为１５５～１６２°，５μＬ的水滴在表面倾斜大约５°便可滚动。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于化学
，涉及一种金属铜表面疏水处理方法，尤其涉及一种采用十二羟基硬脂酸的醇溶液对金属铜表面进行超疏水处理的方法。
技术介绍
表面润湿性是固体表面的重要特性，也是最为常见的界面现象，一般可用液体在 固体表面接触角的大小来衡量，通常将接触角小于90°的固体表面称为亲水表面，大于 90°的称为疏水表面，大于150°的为超疏水表面。近年来，超疏水界面材料在防积雪，金属 外壳的防污、防腐，管道的防粘附、防堵塞，微流体注射，服装的防水和防污等方面都有广泛 的应用。众所周知，固体表面的润湿性取决于它的表面自由能和表面粗糙度。超疏水表面 的制备常常通过表面修饰氟碳化合物或含氟的硅烷偶联剂来降低表面能。但是在类似铜等 金属的光滑表面上，通过降低表面能最多只能够将接触角提高至120°左右，另外，含氟类 物质的表面修饰，对环境存在着一定的潜在危害。因此，人工制备超疏水表面的关键在于构 建合适的表面微纳米结构。目前许多构造表面微细结构的方法，例如金属阳极氧化、电化学 沉积、化学气相沉积、溶胶_凝胶法、等离子刻蚀、电纺织、激光刻蚀等，都需要一些特殊的 设备仪器或技术，成本比较高，过程比较复杂，故不适宜大规模生产。铜作为一种重要的金属，广泛应用与许多工程领域，诸如建筑、航空以及能源输送 等，而在这些应用当中，腐蚀与防腐问题成为其关键制约因素之一。金属的腐蚀，有许多是 在有水参与的湿润条件下发生的，而金属表面的超疏水处理可以有效地阻止金属表面与水 的接触，从而成为根本解决金属材料腐蚀问题的有效方法之一。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种采用十二羟基硬脂酸的醇溶液浸泡的方式对金属铜表 面进行超疏水处理的方法。本专利技术对金属铜表面进行超疏水处理的方法，是将清洗、干燥后的金属铜浸入 0. 005 0. 015M的12-羟基硬脂酸的甲醇溶液中，于室温下浸泡60 80小时，取出后干燥 即可。所述清洗是将金属铜用3 5M的盐酸浸泡10 20min，取出后依次用去离子水、 甲醇超声清洗，即将浸泡后的金属铜置于超声清洗仪中，在室温，200W, 40KHz下，超声处理 30mino所述干燥为室温自然风干。下面通过具体实验对超疏水处理后的金属铜的表面性能进行检测和分析。实验用材料及试剂12_羟基硬脂酸，铜片(彡99. 5% )，无水甲醇、乙醇、正丙醇、 异丙醇、正丁醇、异丁醇。实验过程将铜片浸入4M盐酸15min后取出，用依次用去离子水，甲醇超声清洗铜片，氮气吹干后室温下浸泡在0. OlM的12-羟基硬脂酸的甲醇溶液中三天，浸泡后取出，氮 气吹干待检测表征。 分别以0. OlM的12-羟基硬脂酸的乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇溶液重复 此实验过程，作为对比试验。测试与表征采用JSM-6701F冷场发射扫描电子显微镜(FESEM)分析观察薄膜表面的微观结 构，表面生成化合物刮下粉末用真空烘箱室温24h烘干水分后，用红外光谱(FTIR)对其特 征官能团进行表征。用VG ESCALAB 210光电子能谱仪光电子能谱(XPS)进行表面元素分 析，Mg靶K α = 1253. 6eV，靶功率=300W,通能=30eV,以污染碳峰Cls结合能285. OV为 内标。用CA-A型接触角测量仪测量水滴在试样表面的接触角，测试环境为室温水滴量 为5μ L，对于每个样品至少选取5个不同点进行测量，取平均值作为静态接触角。结果与讨论将铜片浸泡在0. OlM的12-羟基硬脂酸的甲醇溶液中60 80h后， 铜片表面出现一层淡蓝色的超疏水膜，接触角约为160° (图4)，5 μ L的水滴在表面倾斜大 约5°便可滚动。此后继续浸泡数天，膜的疏水性并无明显变化。通过X-光电子能谱及红外光谱的表征发现，这种淡蓝色的超疏水膜是12-羟基硬 脂酸铜盐。从X-光电子能谱图2(b)可以看出有正二甲铜元素的存在，图2(c)中，Cls可 以分解成两重峰，其中285. OeV的Cls峰对应于烷基链上的碳，289. 2eV峰对应羰基中的碳。 再结合红外光谱图，可以发现其含有长链烷酸盐的羰基，位于吸收波数为1587CHT1处。分别以0. OlM的12-羟基硬脂酸的乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇溶液重复 实验过程后，发现只有浸泡于乙醇和正丙醇溶液的铜片长出少量的蓝色薄膜，且此薄膜并 不具有超疏水性。根据相关文献，此类超疏水膜的生成机理可能为铜能被溶解于醇溶液中的氧气 缓慢氧化，且由于氧化层的钝化作用，反应进行的十分缓慢，但是由于12-羟基硬脂酸的醇 溶液，提供了酸性环境，促进了铜被溶解于醇溶液中的氧气缓慢氧化，生成二价的铜离子。 生成的铜离子很快能与12-羟基硬脂酸发生配位反应生成12-羟基硬脂酸铜，便会在铜基 底上生成一层自组装膜，从而形成了微纳米结合的粗糙表面结构，无需低表面能修饰便形 成了超疏水表面。具体反应式如下2Cu+02+4H. — 2Cu2++2H20(1)Cu2++2CH3 (CH2) 12 (OH) (CH2) 4C00H — Cu 2+2H+ (2)附图说明图1为浸泡三天后Cu片表面微纳米结构图2为超疏水膜的光电子能谱图总谱图3超疏水膜Cu2p3/2的光电子能谱4超疏水膜Cls的光电子能谱5为十二羟基硬脂酸(a)与超疏水膜(b)的红外光谱图 图6为十二羟基硬脂酸(a)与超疏水膜(b)的红外光谱图(液体石蜡法)具体实施例方式下面通过具体实施例对金属铜表面进行超疏水处理做进一步的说明。实施例1将金属铜采用3M的盐酸浸泡IOmin后取出，用依次用去离子水，甲醇超声清洗铜 片，氮气吹干后置于0. 005M的12-羟基硬脂酸的甲醇溶液中，于室温下浸泡在60h，取出后， 室温自然风干。金属铜表面的接触角约为155°，5 μ L的水滴在表面倾斜大约5°便可滚动。实施例2将金属铜采用4Μ的盐酸浸泡15min后取出，用依次用去离子水，甲醇超声清洗铜 片，氮气吹干后置于0. OlM的12-羟基硬脂酸的甲醇溶液中，于室温下浸泡在72h，取出后， 室温自然风干。金属铜表面的接触角约为158°，5 μ L的水滴在表面倾斜大约5°便可滚动。实施例3将金属铜采用5Μ的盐酸浸泡20min后取出，用依次用去离子水，甲醇超声清洗铜 片，氮气吹干后置于0.015M的12-羟基硬脂酸的甲醇溶液中，于室温下浸泡在80h，取出后， 室温自然风干。金属铜表面的接触角约为160°，5 μ L的水滴在表面倾斜大约5°便可滚动。权利要求一种金属铜表面超疏水处理的方法，是将清洗、干燥后的金属铜浸入0.005～0.015M的12-羟基硬脂酸的甲醇溶液中，于室温下浸泡60～80小时，取出后干燥即可。2.如权利要求1所述金属铜表面超疏水处理的方法，其特征在于所述清洗是将金属 铜用3 5M的盐酸浸泡10 20min，取出后依次用去离子水、甲醇超声清洗。3.如权利要求1所述金属铜表面超疏水处理的方法，其特征在于所述干燥为室温自 然风干。全文摘要本专利技术公开了，属于化学
该方法是将清洗、干燥后的金属铜浸入0.005～0.015M的12-羟基硬脂酸的甲醇溶液中，于室温下浸泡60～80小时，在金属铜表面形成微纳米结合的粗糙表面结构，无需低表面能修饰便形成了超疏水表面。经测试，本专利技术处理的金属铜金属铜表面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属铜表面超疏水处理的方法，是将清洗、干燥后的金属铜浸入０．００５～０．０１５Ｍ的１２－羟基硬脂酸的甲醇溶液中，于室温下浸泡６０～８０小时，取出后干燥即可。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨武，万菲，
申请(专利权)人：西北师范大学，
类型：发明
国别省市：62[中国|甘肃]