專利名稱：：利用低壓氧化法在銅表面制備超疏水薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種利用低壓氧化對金屬銅表面進(jìn)行超疏水改性的方法，可應(yīng)用于需要防水附著的各種銅表面。屬于材料的表面物理化學(xué)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：使固體表面具有超疏水性能的技術(shù)可以應(yīng)用在許多領(lǐng)域。比如我們曰常生活中的建筑墻面，汽車上面的超疏水自清潔玻璃，防霧鏡等。疏水性研究的熱點(diǎn)主要集中在有機(jī)化學(xué)方面，對無機(jī)和金屬的研究還比較少。銅作為一種應(yīng)用廣泛的金屬材料，在某些應(yīng)用中對表面疏水性能有著需求。近年來人們對銅的研究主要集中在利用低表面能的有機(jī)化學(xué)試劑修飾，這樣可以達(dá)到一種超疏水的目的。[Zhi-GuangGuo，Wei-MinLiu，andBao-LianSu，"Astablelotus-leaf-likewater-repellentcopper"，APPLIEDPHYSICSLETTERS92，063104(2008)];這篇文獻(xiàn)報道了銅表面的超疏水性能的研究結(jié)果。然而，這種用有機(jī)化學(xué)試劑進(jìn)行表面處理的方法不僅成本較高，并且工藝復(fù)雜，對環(huán)境也有影響。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的問題是降低銅表面疏水改性的工藝成本和工藝復(fù)雜性，提供一種簡單的低壓氧化法，僅需在銅表面生成具有雙層微納結(jié)構(gòu)的氧化銅薄膜，無需低表面能有機(jī)化學(xué)試劑修飾，既可在銅表面實(shí)現(xiàn)超疏水性能。為了解決上述問題，本發(fā)明利用低壓氧化法在銅表面制備超疏水薄膜的方法，包括以下步驟1、配制(13摩爾/升)KOH和(0.05-0.25摩爾/升)K2S208的水溶液，將兩種溶液按照化學(xué)反應(yīng)方程式CW+《2S208+Cw(0/f)2+2《S04的配比混合后，加熱至6(TC保溫，將清潔的銅片放入配好的溶液中，使其表面反應(yīng)生成氫氧化銅薄膜，反應(yīng)1030min后，拿出來冷卻，然后用去粒子水沖洗干凈，自然晾干；2、再將步驟l處理后的銅片放入石英舟中，放入真空室，將真空室抽至0.5Pa20Pa的低氣壓范圍，將銅片加熱到12(TC，保溫1.5h5h，然后再冷卻到室溫；這個過程中，發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)式是CMO//)2~^CW0+/f20。經(jīng)過掃描電鏡分析和接觸角測量儀檢測，樣品的表面形成了雙層微納結(jié)構(gòu)，從而使得表面表現(xiàn)出超疏水性能。本發(fā)明是在固體表面先用常規(guī)的無機(jī)化學(xué)方法制備一層氫氧化銅薄膜，然后采用低壓氧化法對銅表面的氫氧化銅薄膜進(jìn)行氧化分解處理。我們的研究表明，在無低表面能化學(xué)劑修飾的情況下，銅表面氧化物形成了雙層微納結(jié)構(gòu)，既上面是均勻分布的微米尺度的花狀結(jié)構(gòu)，下面一層是納米線結(jié)構(gòu)。根據(jù)浸潤理論中的cassie模型，正是這種雙層微納結(jié)構(gòu)使表面產(chǎn)生超疏水性能。與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的特征在于第二步驟中用低壓氧化的方法使氫氧化銅薄膜分解成氧化銅，可以使表面形成雙層微納結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到超疏水狀態(tài)。這就免去了低表面能有機(jī)化學(xué)試劑修飾的過程，一來可以節(jié)省制作成本，二來簡化了工藝，且減少了有機(jī)廢物的排放。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合3個具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。實(shí)施例1:1、配制2摩爾/升KOH禾Q0.1摩爾/升K2S208的水溶液，將銅片迅速放入配好的溶液中，在6(TC反應(yīng)15min，拿出來用去粒子水沖洗干凈。自然晾干。2、將1制成的銅片放入石英舟中在放入真空室，在1.5Pa下12(TC保溫1.5h后冷卻至室溫。對銅表面進(jìn)行疏水性測量，與水的靜接觸角為151°，滯后角為5。。1、配制3摩爾/升KOH和0.25摩爾/升K2S208的水溶液，將銅片迅速放入配好的溶液中，在6(TC反應(yīng)10min，拿出來用去粒子水沖洗干凈。自然晾干。2、將1制成的銅片放入石英舟中，在0.5Pa下120'C保溫5h后冷卻到室溫。對該樣品表面進(jìn)行疏水性測量，與水靜接觸角為153。，滯后角7°。實(shí)施例3:1、配制1摩爾/升KOH和0.05摩爾/升K2S208的水溶液，將銅片迅速放入配好的溶液中，在60。C反應(yīng)30min，拿出來用去粒子水沖洗干凈。自然晾干。2、將1制成的銅片放入石英舟中，在20Pa下12(TC保溫3h后冷卻到室溫o對該樣品表面進(jìn)行疏水性測量，與水靜接觸角為151.5°,滯后角5°。權(quán)利要求1、利用低壓氧化法在銅表面制備超疏水薄膜的方法，其特征在于包括以下步驟(1)配制(1～3摩爾/升)KOH和(0.05～0.25摩爾/升)K2S2O8的水溶液，將兩種溶液按照化學(xué)反應(yīng)方程式的配比混合后，加熱至60℃保溫，將清潔的銅片放入配好的溶液中，使其表面反應(yīng)生成氫氧化銅薄膜，反應(yīng)10～30min后，拿出來冷卻，然后用去粒子水沖洗干凈，自然晾干；(2)再將步驟(1)處理后的銅片放入石英舟中，放入真空室，將真空室抽至0.5Pa～20Pa的低氣壓范圍，將銅片加熱到120℃，保溫1.5h～5h，然后再冷卻到室溫；這個過程中，發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)式是全文摘要本發(fā)明公開了一種利用低壓氧化法在銅表面制備超疏水薄膜的方法，可應(yīng)用于需要防水附著的各種銅表面。屬于材料的表面物理化學(xué)領(lǐng)域?，F(xiàn)有技術(shù)主要是利用低表面能的有機(jī)化學(xué)試劑修飾，達(dá)到超疏水的目的。然而，這種用有機(jī)化學(xué)試劑進(jìn)行表面處理的方法成本較高，工藝復(fù)雜，對環(huán)境也有影響。本發(fā)明提供了一種簡單的低壓氧化法，在銅表面生成具有雙層微納結(jié)構(gòu)的氧化銅薄膜，從而達(dá)到超疏水狀態(tài)。這就免去了低表面能有機(jī)化學(xué)試劑修飾的過程，節(jié)省了制作成本，簡化了工藝，且減少了有機(jī)廢物的排放。文檔編號C23C22/63GK101476121SQ20091007783公開日2009年7月8日申請日期2009年1月23日優(yōu)先權(quán)日2009年1月23日發(fā)明者輝嚴(yán),侯育冬,孫宏達(dá),宋雪梅,銘張,張雪紅,朱滿康,浩汪,波王,王如志,裴明德申請人:北京工業(yè)大學(xué)