金属表面超疏水有机纳米薄膜的制备方法技术

本发明专利技术涉及金属表面处理和改性技术领域，特别是指一种于镁、铜或不锈钢金属表面，具有超疏水功能特性的有机纳米薄膜的制备方法。该制备方法采用化学刻蚀与有机镀膜相结合的制备方法，有机镀膜方式可选用恒电位法、恒电流或循环伏安法，镀膜时间为１～６０ｍｉｎ。本发明专利技术制造的致密有机纳米薄膜与蒸馏水的静态接触角大于１５０°，证实金属表面超疏水功能特性，可用于以大面积金属表面的超疏水改性，特别适用于以金属表面的防污、防锈，可用于微量液体无损耗运输，精密光学器件模具表面处理以增强脱模效果，拓宽金属材料的使用领域。本发明专利技术工艺简单、便于操作、效率高、制备周期短、设备要求低，成本低，厚度可控，易于工业化生产制备。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及金属表面处理和改性
，特别是指一种于镁、铜或不锈钢金属表面，具有超疏水功能特性的有机纳米薄膜的制备方法。
技术介绍
随着微电子、计算机、微机械等领域不断发展，金属表面性能要求越来越高，金属镁、铜、不锈钢在人类生产生活中起着极其重要的作用。在材料表面性能当中，浸润性是一个重要特征，在浸润性中超疏水性能得到了人们的广泛关注。超疏水性能是指表面与水滴的接触角大于150°时，且具有防水、防雾、抗氧化、自清洁等重要特点。超疏水表面用于金属材料上，可以起到自清洁、抑制表面腐蚀和表面氧化以及降低摩擦因数的效果，金属超疏水表面用于微流体装置中，可以实现对流体的低阻力、无漏损传送。因此能够广泛应用于防水、防污染、抗氧化以及防止电流传导等方面。通过不同的表面改性方法使金属表面具有超疏水性能对其应用有着重要的意义。 目前，在金属表面制备超疏水薄膜方面已经取得了很大的进展，许多金属表面超疏水制备方法已经报道包括激光微加工法、喷砂—洗砂法、自组装法、化学气相沉积法、物理吸附法、模板挤压法等。归纳上述方法，可分为以下几种(1)增大疏水材料表面的粗糙度；(2)降低表面粗糙材料的表面自由能；(3)增大表面粗糙度和降低表面自由能两种方法的结合。 中国专利技术专利申请号为200610038572.4，公开了一种通过增大表面粗糙度和降低表面自由能相结合的方法制备超疏水表面，它先利用喷砂法，在高压空气流将不同目数的砂丸通过喷枪对金属表面进行喷砂处理制造出金属粗糙表面来改变其表面形貌，然后在其表面涂覆低表面能物质，从而改变金属材料表面的润湿性，以获得疏水表面和超疏水表面。该方法主要是靠物理结合或涂覆来实现，其膜基结合力是靠分子间的范德华力，因此膜基结合力不强。中国科学院物理化学研究所Jun Liang等在Chemistry Letters，2007，36(3)416-417首先经过微弧氧化过程处理得到粗糙表面，在乙烯基二甲基硅氧烷溶液中进行表面修饰，使其接触角达155±10°，该方法须微弧氧化及退火过程其工艺过程较为复杂。中国专利技术专利申请号为200610043015.1利用十二烷基硫酸钠和氢氧化钠的溶液制造出粗糙表面，然后用自组装方法在金属铜表面经过2天以上的自组装反应过程来构筑超疏水表面。江雷课题组(Liu Kesong等在Applied Physics Letters，2008，183103-1-3)利用化学刻蚀和表面自组装氟化的方法在镁合金表面制备了超疏水表面，然而表面氟化的过程耗时，需要将金属试样浸入到1.0wt.％十三氟辛基三乙氧基硅烷的酒精溶液中，室温下浸泡12h后取出，再在烘箱中100℃下加热2h，得到镁合金表面超疏水性能。这两种运用化学方法粗糙金属表面再对金属粗糙表面进行低表面能修饰的方法虽然操作过程简单，但周期较长，效率较低，为此大规模的工业运用及推广较为困难。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有金属表面超疏水薄膜制备技术的不足之处，提出一种特别适用于镁、铜、不锈钢表面的，简便、快速、低成本的且适用于工业化生产的。 本专利技术的目的是通过以下措施来实现的 本专利技术的，采用化学刻蚀与有机镀膜相结合的制备方法，其具体步骤及其工艺条件如下 步骤一配制有机镀膜电解质溶液 选取水溶性含氟三氮杂嗪类有机化合物盐0.5～10mmol/l、碱性支持电解盐0.05～10mol/l，配制成有机镀膜用电解质溶液； 步骤二化学刻蚀 对金属表面进行去脂清洗后，进行化学刻蚀至金属表面粗糙，化学刻蚀主要参数为 化学刻蚀剂优选HNO3、HF、HCl、H2O2、H2CO3、CH3CH2COOH或H2SO4其中一种或任意两种的混合物， 化学刻蚀剂浓度范围为0.01～15mol/l， 刻蚀时间为0.017～20min， 刻蚀温度为5～30℃； 步骤三有机镀膜 将经化学刻蚀后的金属放入步骤一配制的电解质溶液中有机镀膜，有机镀膜主要参数为 镀膜方式为恒电位法、恒电流或循环伏安法， 镀膜时间为1～60min， 采用恒电位法时，电压0.5～1.2V vs SCE， 采用恒电流法时，电流密度为0.05～20mA/cm2， 采用循环伏安法时，循环扫描速率为1～200mV/s，循环次数为1～2次； 在金属表面制备出一层具有超疏水功能特性、致密的有机纳米薄膜。 所述任意两种化学刻蚀剂的混合物的混合比为1～0.10.1～1。 所述电解质溶液所用的含氟功能基团的三氮杂嗪类有机化合物单体，其具体结构如下 结构中的R1为下列功能基团之一 全氟芳基类 CF3C6H4-，C4F9C6H4-，C6F13C6H4-，C8F17C6H4-，C10F21C6H4-； 全氟烷基类 C4F9CH2-，C6F13CH2-，C8F17CH2-，C10F21CH2-，C4F9CH2CH2-，C6F13CH2CH2-， C8F17CH2CH2-，C8F17CH2CH2CH2-，C8F17CH2CH2CH2CH2-，C8F17C5H10-， C10F21CH2CH2-，C10F21CH2CH2CH2-； 全氟烯基类 C4F9CH2＝CHCH2-，C6F13CH2＝CHCH2-，C8F17CH2＝CHCH2-， C10F21CH2＝CHCH2-； 全氟醇羟基类 C4F9CH2CH(OH)CH2-，C6F13CH2CH(OH)CH2-，C6F13CH2CH(OH)CH2-， C8F17CH2CH(OH)CH2-，C10F21CH2CH(OH)CH2； 全氟醚基类 C9F17OC6H4-，C6F11OC6H4-； 结构中的R2为下列功能基团之一 全氟芳基类 CF3C6H4-，C4F9C6H4-，C6F13C6H4-，C8F17C6H4-，C10F21C6H4-； 全氟烷基类 C4F9CH2-，C6F13CH2-，C8F17CH2-，C10F21CH2-，C4F9CH2CH2-，C6F13CH2CH2-， C8F17CH2CH2-，C8F17CH2CH2CH2-，C8F17CH2CH2CH2CH2-，C8F17C5H10-， C10F21CH2CH2-，C10F21CH2CH2CH2-； 全氟烯基类 C4F9CH2＝CHCH2-，C6F13CH2＝CHCH2-，C8F17CH2＝CHCH2-， C10F21CH2＝CHCH2-； 全氟醇羟基类 C4F9CH2CH(OH)CH2-，C6F13CH2CH(OH)CH2-，C6F13CH2CH(OH)CH2-， C8F17CH2CH(OH)CH2-，C10F21CH2CH(OH)CH2； 稀基类CH2＝CHCH2-，CH2＝CH(CH2)8-，CH2＝CH(CH2)9-； 结构中的M1、M2均为下列原子之一锂、钠、钾、氢。 所述电解质溶液中所用的碱性支持电解盐优选碳酸钠、硝酸钠、氢氧化钠、亚硝酸钠、硼酸钠、亚硼酸钠、碳酸钾、硝酸钾、氢氧化钾其中一种或两种的混合物。 上述方法所述金属表面是指镁、铜、不锈钢表面。 本专利技术与现有技术相比，具有本文档来自技高网...

【技术保护点】
金属表面超疏水有机纳米薄膜的制备方法，其特征在于：本专利技术采用化学刻蚀与有机镀膜相结合的制备方法，其具体步骤及其工艺条件如下：　步骤一：配制有机镀膜电解质溶液　选取水溶性含氟三氮杂嗪类有机化合物盐０．５～１０ｍｍｏｌ／ｌ、碱性支持 电解盐０．０５～１０ｍｏｌ／ｌ，配制成有机镀膜用电解质溶液；　步骤二：化学刻蚀　对金属表面进行去脂清洗后，进行化学刻蚀至金属表面粗糙，化学刻蚀主要参数为：　化学刻蚀剂：ＨＮＯ↓［３］、ＨＦ、ＨＣＩ、Ｈ↓［２］Ｏ↓［２］、Ｈ ↓［２］ＣＯ↓［３］、ＣＨ↓［３］ＣＨ↓［２］ＣＯＯＨ或Ｈ↓［２］ＳＯ↓［４］其中一种或任意两种的混合物，　化学刻蚀剂浓度范围为０．０１～１５ｍｏｌ／ｌ，　刻蚀时间为０．０１７～２０ｍｉｎ，　刻蚀温度为５～３０℃；　 步骤三：有机镀膜　将经化学刻蚀后的金属放入步骤一配制的电解质溶液中有机镀膜，有机镀膜主要参数为：　镀膜方式为恒电位法、恒电流或循环伏安法，　镀膜时间为１～６０ｍｉｎ，　采用恒电位法时，电压０．５～１．２Ｖ　ｖｓ　ＳＣ Ｅ，　采用恒电流法时，电流密度为０．０５～２０ｍＡ／ｃｍ↑［２］，　采用循环伏安法时，循环扫描速率为１～２００ｍＶ／ｓ，循环次数为１～２次；　在金属表面制备出一层具有超疏水功能特性、致密的有机纳米薄膜。...

【技术特征摘要】
1、金属表面超疏水有机纳米薄膜的制备方法，其特征在于本发明采用化学刻蚀与有机镀膜相结合的制备方法，其具体步骤及其工艺条件如下步骤一配制有机镀膜电解质溶液选取水溶性含氟三氮杂嗪类有机化合物盐0.5～10mmol/l、碱性支持电解盐0.05～10mol/l，配制成有机镀膜用电解质溶液；步骤二化学刻蚀对金属表面进行去脂清洗后，进行化学刻蚀至金属表面粗糙，化学刻蚀主要参数为化学刻蚀剂HNO3、HF、HCI、H2O2、H2CO3、CH3CH2COOH或H2SO4其中一种或任意两种的混合物，化学刻蚀剂浓度范围为0.01～15mol/l，刻蚀时间为0.017～20min，刻蚀温度为5～30℃；步骤三有机镀膜将经化学刻蚀后的金属放入步骤一配制的电解质溶液中有机镀膜，有机镀膜主要参数为镀膜方式为恒电位法、恒电流或循环伏安法，镀膜时间为1～60min，采用恒电位法时，电压0.5～1.2V vs SCE，采用恒电流法时，电流密度为0.05～20mA/cm2，采用循环伏安法时，循环扫描速率为1～200mV/s，循环次数为1～2次；在金属表面制备出一层具有超疏水功能特性、致密的有机纳米薄膜。2、根据权利要求1所述的金属表面超疏水有机纳米薄膜的制备方法，其特征在于所述任意两种化学刻蚀剂的混合物的混合比为1～0.10.1～1。3、根据权利要求1所述的金属表面超疏水有机纳米薄膜的制备方法，其特征在于所述电解质溶液所用的含氟功能基团的三氮杂嗪类有机化合物单体，其具体结构如下结构中的R1为下列功能基团之一全氟芳基类CF3C6H4-，C4F9C6H4-，C6F13C6H4-，C8F17C6H4-，C10F21C6H4-；全氟烷基类C4F9CH2-，C6F13CH2-，C8F17CH2-，C10F21CH2-，C4F9CH2CH2-，C6F13CH2CH2-，C8F17CH2CH2-，C8F17CH2CH2CH2-，C8F17CH2CH2CH2CH2-，C8F17C5H10-，C10F21CH2CH2-，C10F...

【专利技术属性】
技术研发人员：康志新，李元元，桑静，邵明，夏伟，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]