一種電解有機物在銅基體表面構建仿生超疏水薄膜的方法
【專利說明】一種電解有機物在銅基體表面構建仿生超疏水薄膜的方法
[0001]
技術領域
[0002]本發(fā)明屬于化工領域，涉及一種金屬表面的改性處理方法，具體來說是一種電解有機物在銅基體表面構建仿生超疏水薄膜的方法。
【背景技術】
[0003]仿生超疏水表面具有“荷葉效應”的自清潔性能，被應用于從日常生活到工業(yè)生產的廣闊領域中。如，紡織品通過超疏水技術處理后便可擁有良好的防水、防污、自潔凈效果；汽車前擋風玻璃、建筑木材、陶瓷表面等應用超疏水處理技術即可利用雨水的沖刷作用實現自清潔；管道內壁、船舶的外殼應用超疏水處理技術則可減小與流體之間的摩擦力進而有效提尚動力性能。
常用的構造微納米結構粗糙金屬表面的方法為刻蝕法。顯然，刻蝕液具有定向的選擇性，大多只適用于單一金屬基體?，F在被廣泛采用的方法是模版法，該方法需要先制備特定的模版，再以此為基準反向加工出特定形貌的基體，步驟較為復雜。還有部分工作者采用等離子刻蝕法，設備昂貴?，F有構造仿生超疏水薄膜的技術因為缺乏通用性、工藝復雜和設備要求高、能耗大等問題而在推廣應用中受到限制。
[0004]目前尚未發(fā)現利用NMP電解在銅基體表面構筑仿生超疏水薄膜的報道。

【發(fā)明內容】

[0005]針對現有技術中的上述技術問題，本發(fā)明提供了一種電解有機物在銅基體表面構建仿生超疏水薄膜的方法，所述的這種電解有機物在銅基體表面構建仿生超疏水薄膜的方法解決了現有技術中的制備銅基體超疏水薄膜的方法采用的刻蝕液通用性差，工藝復雜，設備要求高，難以實現復雜形貌成膜的技術問題。
[0006]本發(fā)明一種電解有機物在銅基體表面構建仿生超疏水薄膜的方法，包括以下步驟:
1)一個對基體進行預處理的步驟:在室溫條件下對銅箔進行超聲清洗，并將銅箔放置于拋光液中進行拋光處理，所述的拋光溶液由磷酸和水組成，在所述的拋光溶液中，磷酸的體積比濃度為0.6-0.8，然后用去離子水沖洗干凈；
2)一個電解成膜的步驟，以經過預處理的銅箔為陰極，以Pt片電極為陽極，以含有有機碳源、導電鹽、金屬納米粒子的水溶液為電解液，采用恒壓電解的方式進行電解，控制溫度范圍為50-70°C，直至在陰極收集到銀碳復合薄膜；在所述的電解液中，所述的有機碳源為η-甲基吡咯烷酮，η-甲基吡咯烷酮的體積比濃度為0.1-0.5 ;所述的導電鹽為NaCl，NaCl的濃度為0-0.1mM/L，所述的金屬納米粒子為Ag粒子，Ag粒子的濃度為10_50mg/L，粒徑在20nm-60nm之間；
3)—個表面修飾的步驟，將上述處理后的銅箔浸入硬脂酸和二環(huán)己基碳二亞胺組成的正己烷混合液中，浸泡10-30h，然后用正己烷沖洗后即形成超疏水銅箔。
[0007]進一步的，所述的銅箔為紫銅或者銅合金。
[0008]進一步的，步驟2)中，電解的電壓為1-300V。
[0009]進一步的，步驟3)中，在硬脂酸和二環(huán)己基碳二亞胺組成的正己烷混合液中，硬脂酸、二環(huán)己基碳二亞胺和正己烷的體積比1:2:3-2:1:3。
[0010]本發(fā)明通過采用電解有機物在銅及各類銅合金材料表面生長微納米結構的碳膜來實現超疏水，不受復雜形貌難以“刻錄”的限制，工藝簡單，無需特殊設備，可簡單高效地實現復雜形貌基體的表面超疏水。在不同電解條件下，可分別制備刺球型和水黽腿型具有微納米尺度的分級結構的薄膜，與水接觸角均在150°以上，滾動角均小于5°，超疏水特性穩(wěn)定。本發(fā)明可簡單高效地實現在復雜形貌紫銅、各類銅合金基體表面構筑超疏水薄膜。
[0011]本發(fā)明和已有技術相比，其技術進步是顯著的。本發(fā)明不受刻蝕液選擇性問題的限制，可以實現在紫銅、各類銅合金基體構筑超疏水薄膜。通過改變有機碳源和水的比例，調節(jié)溶液的介電常數，降低成膜的電壓，從而降低制備成本。同時，本發(fā)明通過金屬摻雜催化碳源分解成膜，從而降低制備成本。
【附圖說明】
[0012]圖1為實例1中超疏水銅箔表面的電鏡照片。
[0013]圖2為實例1中超疏水銅箔表面與水滴的接觸角圖。
[0014]圖3為實例2中超疏水銅箔表面的電鏡照片。
[0015]圖4為實例2中超疏水銅箔表面與水滴的接觸角圖。
【具體實施方式】
[0016]下面通過具體實施例并結合附圖對本發(fā)明進一步闡述，但并不限制本發(fā)明。
[0017]實施例1
一種電解有機物在銅基體表面構建仿生超疏水薄膜的方法，具體包括如下步驟:
(1)、將銅箔依次用丙酮、乙醇超聲清洗，并用去離子水沖洗吹干。隨后浸入拋光液中恒電壓拋光處理一段時間，取出后用去離子水沖洗，并用惰性氣體吹干；
所述銅箔為τυ 1紫銅(銅元素含量為99.95%);
所述拋光液中，磷酸與水的體積比為7:1;
所述拋光電壓為2.4V；
所述拋光時間為5min。
[0018](2)、以處理好的銅箔為陰極，以Pt片電極為陽極，以含有有機碳源、導電鹽、金屬納米粒子的水溶液為電解液，采用恒壓電解的方式，控制溫度條件下電解一段時間直至在陰極收集到一定厚度的銀碳復合膜。
[0019]所述的有機碳源為η-甲基吡咯烷酮(ΝΜΡ)，體積比濃度為0.2 ;
所述的導電鹽為NaCl，濃度為0.1mM/L ;
所述的金屬納米粒子為Ag粒子，濃度為10mg/L，粒徑在20nm-60nm ；
所述的恒壓電解的電壓為2V;
所述的控制溫度為70°C ; 所述時間為12 h。
[0020](3)、表面修飾:將上述處理后的銅箔浸入硬脂酸和二環(huán)己基碳二亞胺的正己烷混合液中，浸泡10-30h，取出用正己烷沖洗后即形成超疏水銅箔。
[0021]在所述的正己烷混合液中，硬脂酸、二環(huán)己基碳二亞胺、正己烷的體積比為1:1:2。
[0022]上述得到的超疏水銅箔表面形貌的電鏡照片如圖1所示，從圖1中可以看出，樣品表面呈“刺球”型為典型的微納米結構；
上述得到的超疏水銅箔接觸角測試結果如圖2所示，從圖2中可以看出，樣品與水的接觸角為159°。
[0023]實施例2
(1)、將銅箔依次用丙酮、乙醇超聲清洗，并