一种超疏水低粘着性防覆冰铜表面的制备方法：用微米级砂丸对铜表面喷砂处理构筑出微米级粗糙结构，砂丸目数３６－１５０目，气流压力０．２－０．８ＭＰａ，喷射时间１－５ｍｉｎ；清洗并干燥后的喷砂铜表面浸入５０－９０℃的混合水溶液中，水浴２０－６０ｍｉｎ后取出清水冲洗，再在１５０－２００℃恒温烘箱中干燥０．５－２ｈ，在铜表面获得微／纳复合结构；所述混合水溶液包括过硫酸钾和氢氧化钾，过硫酸钾摩尔浓度０．０４－０．３ｍｏｌ／Ｌ，氢氧化钾摩尔浓度１－４ｍｏｌ／Ｌ；具有微／纳结构铜片在氟硅烷的乙醇溶液中蒸镀修饰氟硅烷，蒸镀温度２００－３５０℃，时间１－２ｈ，氟硅烷的乙醇溶液中氟硅烷的质量与乙醇的质量百分比为１－４％。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及。
技术介绍
铜及其合金是人类应用最早和最广的一种有色金属，导电和导热性好，产量仅次 于钢和铝而位居第三，被广泛地应用于电气、轻工、机械制造、建筑工业、国防工业等领域。 但铜的表面能较高，水分子易吸附聚集，从而也极易结冰。结冰现象广泛存在于制冷、低温 运行和户外使用的铜制零部件中，如在冷凝器、冷却器、热交换器、户外电工铜等产品上的 结冰现象，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也带来了较大 的危害。 研究发现，自然界中的荷叶、水稻、蝴蝶等具有超疏水性的生物体表面具有特殊的 围观结构，仿照这种微观结构，可在固体表面获得超疏水性。这种固体表面具有自清洁、减 阻、耐蚀、抗结冰等特性。基于此，一些疏水性防结冰涂料和镀膜技术相继被开发。但现有 的涂装技术不易对形状复杂的设备和零件进行涂覆，使得防护不均匀，且涂料中的有机溶 剂易挥发，使用寿命较低，结霜层也需在机械振动下去除。采用镀膜的方法虽可克服这一缺 点，但由于需要一定的真空条件下进行，所以不易进行大规模生产。 因此，铜表面超疏水性的构建成为一个关键，目前，铜超疏水表面的制备主要有湿 化学刻蚀法、氧化法、电沉积法和浸泡法等方法。如用盐酸刻蚀并氟化后，铜表面得到了超 疏水性;在铜表面氧化得到Cu(0H)2纳米 管后氟化，得到了超疏水表面;在玻璃表面铟_氧化锡涂层上，通过两步电沉积制备的铜纳米粒子构成的微米_纳 米复合结构，在正辛酸的乙醇溶液中浸泡12h后呈现出超疏水性;铜片表面浸泡在脂肪酸乙醇溶液中一段时间形成金 属脂肪酸盐微簇，具有超疏水性。 上述方法虽然都在铜表面制备得到了超疏水性，但仍然存在一定的局限性。单纯 的刻蚀法或氧化法虽然在铜表面构筑了一定的粗糙度，但由于表面微米级结构和纳米级结 构所占比例不平衡，有的甚至没有微米或纳米结构，所以微米和纳米两种结构不能有效协 同，使得铜表面只是呈现了超疏水性，但水滴在这种表面的滚动性能不佳，也即不易滚落， 有一定的粘着性。基于浸泡法的超疏水铜表面的制备方法耗时长，一般均需3天左右时间， 有点甚至更长。此外， 一些制备方法还需要特殊的工艺和设备，如真空条件等，故成本较高， 且不易大规模生产。
技术实现思路
本专利技术提供一种超疏水低粘着性防覆冰铜表面的制备方法。 本专利技术采用如下技术方案 —种超疏水低粘着性防覆冰铜表面的制备方法，包括以下步骤 (1)用微米级的棕刚玉砂丸对铜表面进行喷砂处理，在铜表面构筑出微米级粗糙 结构；砂丸目数为36-150目，气流压力为0. 2-0. 8MPa，喷射时间为l_5min ; (2)超声波清洗喷砂处理后的铜表面并干燥，然后采用表面氧化法在铜表面获得 微/纳复合结构；所述表面氧化法是将喷砂处理后的铜浸入经水浴加热至50-9(TC的混合 水溶液中，水浴20-60min后取出并清水冲洗，再在150-20(TC恒温烘箱中干燥0. 5_2h ;所述 的混合水溶液包括过硫酸钾和氢氧化钾，过硫酸钾摩尔浓度为0. 04-0. 3mol/L，氢氧化钾摩 尔浓度为l-4mol/L ; (3)在氟硅烷的乙醇溶液中对具有微/纳复合结构的铜片表面蒸镀修饰氟硅烷， 控制蒸镀温度200-35(TC，时间l-2h，所述氟硅烷溶液中，氟硅烷的质量与乙醇的质量百分 比为1-4%。 本专利技术提供的制备方法可在铜表面得到微米_纳米复合结构，表现出优异的超疏 水低粘着性，对水的接触角大于150。，滚动角不大于2。。水滴与这种表面的接触时，超疏 水性使得接触面截留了部分空气，使得固液界面的接触面积大幅减小，有效降低低温时表 面与水滴间的热量交换，增大水珠凝结所需的能量，从而使得水滴难以凝结成核形成初始 霜晶，并抑制在初始霜晶基础上生长的霜层的形成和生长。此外，对水滴极低的粘着力使得 水滴在这种表面极易滚落，会进一步降低了表面的水滴凝结数量，同时，表面形成的晶核或 霜晶由于粘着力极低而极易滑落，起到了防结冰和除冰的双重效果，与未经任何处理的铜 的防覆冰性能相比，提高了两个数量级左右。这种超疏水低粘着性防覆冰铜表面的制备方 法及所需设备十分简单，易工业化应用，且耗时少，最多只需2-5h。附图说明 图1为喷砂后铜表面微米级结构的扫描电镜图。 图2为喷砂_表面氧化_疏水化处理后铜表面微/纳结构扫描电镜图及表面水滴 形态。 图3为未经处理和制备的铜表面在结冰实验中不同时刻的结霜形态(二值化处理 后)。具体实施例方式—种超疏水低粘着性防覆冰铜表面的制备方法，所述制备方法包括下列步骤 (1)用微米级的棕刚玉砂丸对铜表面进行喷砂处理，在铜表面构筑出微米级粗糙 结构；砂丸目数为36-150目，气流压力为0. 2-0. 8MPa，喷射时间为l_5min ;在本实施例中， 砂丸目数为36目、150目或60目，气流压力为O. 2MPa、0. 8MPa或0. 45MPa，喷射时间为lmin、 5min或4min ; (2)超声波清洗喷砂处理后的铜表面并干燥，然后采用表面氧化法在铜表面获得 微/纳复合结构；所述表面氧化法是将喷砂处理后的铜浸入经水浴加热至50-9(TC的混合 水溶液中，水浴20-60min后取出并清水冲洗，再在150-20(TC恒温烘箱中干燥0. 5_2h ;所述 的混合水溶液包括过硫酸钾和氢氧化钾，过硫酸钾摩尔浓度为0. 04-0. 3mol/L，氢氧化钾摩 尔浓度为l-4mol/L ;在本实施例中，混合水溶液的水浴加热温度为5(TC、9(TC或68t:，加热 时间为20min、60min或47min，恒温烘箱中干燥温度为15(TC、20(TC或173。C，干燥时间为0. 5h、2h或0. 7h，混合水溶液中过硫酸钾摩尔浓度为0. 04mol/L、0. 3mol/L或0. 17mol/L，氢 氧化钾摩尔浓度为lmol/L、4mol/L或2. 3mol/L ; (3)在氟硅烷的乙醇溶液中对具有微/纳复合结构的铜片表面蒸镀修饰氟硅烷， 控制蒸镀温度200-35(TC，时间l-2h，所述氟硅烷溶液中，氟硅烷的质量与乙醇的质量百分 比为1-4% ;在本实施例中，蒸镀温度为20(TC、35(TC或283t:，时间为lh、2h或1. 7h，氟硅 烷的乙醇溶液中，氟硅烷的质量与乙醇的质量百分比为1%、4%或2.9%。 实例1 1.利用气动喷砂设备将80目棕刚玉砂丸对铜表面喷射3min，喷砂压力为0. 8MPa， 以在其表面构筑微米级结构(图1)。然后将喷砂后的铜片放入清水中超声波清洗3min。 2.表面氧化用水溶液中过硫酸钾的浓度为0.065mol/L，氢氧化钾的浓度为 2. 5mol/L。将喷砂并清洗后的铜片浸入上述配制的水溶液中，以在喷砂处理构筑的微米级 结构的基础上，构筑出纳米级结构。水浴控制温度为6(TC，试样放置30min后取出，再放入 清水中超声波清洗3min，并于18(TC恒温烘箱中干燥2h。 3.疏水化处理用的氟硅烷溶液的溶剂为乙醇，氟硅烷的质量与乙醇的质量百分比 为1.6%。在氟硅烷溶液上方悬挂试样，并一同置于密封容器中，在箱式电炉中25(TC保温 2h，最后取出空冷。 试样在经过喷砂-表面氧化_疏水化处理后，表面构筑出了微/纳复合结构，如图 2所示，左下角插图为纳米结构的放大形貌本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种超疏水低粘着性防覆冰铜表面的制备方法，其特征在于所述制备方法包括下列步骤： （１）用微米级的棕刚玉砂丸对铜表面进行喷砂处理，在铜表面构筑出微米级粗糙结构；砂丸目数为３６－１５０目，气流压力为０．２－０．８ＭＰａ，喷射时间为１－５ｍｉｎ； （２）超声波清洗喷砂处理后的铜表面并干燥，然后采用表面氧化法在铜表面获得微／纳复合结构；所述表面氧化法是：将喷砂处理后的铜浸入经水浴加热至５０－９０℃的混合水溶液中，水浴２０－６０ｍｉｎ后取出并清水冲洗，再在１５０－２００℃恒温烘箱中干燥０．５－２ｈ；所述的混合水溶液包括过硫酸钾和氢氧化钾，过硫酸钾摩尔浓度为０．０４－０．３ｍｏｌ／Ｌ，氢氧化钾摩尔浓度为１－４ｍｏｌ／Ｌ； （３）在氟硅烷的乙醇溶液中对具有微／纳复合结构的铜片表面蒸镀修饰氟硅烷，控制蒸镀温度２００－３５０℃，时间１－２ｈ，所述氟硅烷溶液中，氟硅烷的质量与乙醇的质量百分比为１－４％。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：余新泉，张友法，陈锋，李康宁，周荃卉，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]
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