專利名稱：一種在銅基體上制備超疏水表面的電化學方法
一種在銅基體上制備超疏水表面的電化學方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種在銅基體上制備超疏水表面的電化學方法。
背景技術(shù)：
固體表面的潤濕性是一個非常重要的指標，主要取決于化學組成和微觀結(jié)構(gòu)。自然界的很多植物例如荷葉均展示了超常的超疏水性能，這些葉片的表面通常都有微/納尺度的復合結(jié)構(gòu)，因而擁有了低的滾動角和高達150°以上的接觸角。目前，關(guān)于制備超疏水材料的方法主要有陽極氧化、電沉積、化學腐蝕、等離子刻蝕、激光處理、電紡絲、化學氣相沉積、溶膠凝膠等，然而，這些方法還存在一些缺點，例如昂貴的材料、復雜的工藝控制和需要使用模板劑，這些都嚴重阻礙了其在工程中的大規(guī)模應(yīng)用。一般制備超疏水表面可以從兩個方面入手一方面是在粗糙表面上修飾低表面能物質(zhì)；另一方面是在超疏水材料表面構(gòu)建粗糙結(jié)構(gòu)。然而，在光滑表面上僅通過改變表面能，通常只能使接觸角最大增加到 120°，而具有微細粗糙結(jié)構(gòu)的表面的接觸角則可超過150°。因此，采用一種高效、價廉、簡單、方便的方法來構(gòu)造合適的粗糙的表面結(jié)構(gòu)，在工業(yè)大尺度的應(yīng)用中具有明顯的應(yīng)用前旦ο發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種方法簡單， 效率高，成本低，易于實現(xiàn)大尺度的工業(yè)化生產(chǎn)要求的在銅基體上制備超疏水表面的電化學方法。采用該方法在銅基體上制備的超疏水表面，接觸角可達162°以上。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種在銅基體上制備超疏水表面的電化學方法，其特征在于，該方法包括以下步驟
步驟一、將銅基體依次用800粒度和1200粒度的水砂紙打磨，以去除銅基體表面的氧化層，然后將打磨后的銅基體依次用蒸餾水和無水乙醇沖洗干凈，再用電吹風吹干待用；
步驟二、將氫氧化鉀和過硫酸鉀加入無水乙醇中，攪拌均勻后得到溶液A ；所述溶液A中氫氧化鉀的濃度為0. 66mol/L 0. 83mol/L,過硫酸鉀的濃度為0. 03mol/L 0.05mol/L ；
步驟三、將低表面能材料滴加至無水乙醇中，攪拌至低表面能材料完全溶解，得到溶液B;所述低表面能材料與無水乙醇的體積比為1 50 70，所述低表面能材料為氟硅烷或脂肪酸；
步驟四、將步驟二中所述溶液A置于電解槽中作為電解液，將兩塊步驟一中吹干后的銅基體分別作為陽極和陰極與直流電源的正負極相連接，并調(diào)節(jié)兩塊銅基體正對平行放置且兩塊銅基體之間的距離為25mm 35mm，打開直流電源，在電壓為15V 30V的條件下電解30min 90min ；
步驟五、將步驟四中經(jīng)電解后的陽極銅基體依次用無水乙醇和清水沖洗干凈，然后將沖洗后的陽極銅基體置于蒸餾水中浸泡池以上；
步驟六、將步驟三中所述溶液B均勻涂抹于步驟五中經(jīng)蒸餾水浸泡后的陽極銅基體上，然后晾干，得到具有超疏水表面的銅基體。
上述步驟二中所述溶液A中氫氧化鉀的濃度為0. 70mol/L 0. 80mol/L。
上述步驟二中所述過硫酸鉀的濃度為0. 044mol/L。
上述步驟三中所述低表面能材料與無水乙醇的體積比為1 60。
上述步驟四中所述兩塊銅基體之間的距離為30mm。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點
1、本發(fā)明的方法簡單，效率高，成本低，易于實現(xiàn)大尺度的工業(yè)化生產(chǎn)要求，該方法突破了以往需要酸性電解液的限制，首次在堿性溶液中構(gòu)建出超疏水結(jié)構(gòu)。
2、本發(fā)明的方法是在無水乙醇中電解，不會釋放出有毒氣體，操作安全。
3、本發(fā)明的方法比現(xiàn)有的電解法快速，比浸泡法制備的超疏水表面疏水性能更好。
4、采用本發(fā)明的方法在銅基體上制備的超疏水表面，接觸角可達162°以上，并且在常規(guī)條件下放置一年后超疏水性能保持穩(wěn)定。
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細說明。
說明書附圖


圖1是本發(fā)明實施例1制備的超疏水表面的掃描電鏡圖。
圖2是本發(fā)明實施例3制備的超疏水表面的掃描電鏡圖。
具體實施方式
實施例1
步驟一、將兩塊大小為50mmX 25mmX 1. 5mm銅基體依次用800粒度和1200粒度的水砂紙打磨，以去除銅基體表面的氧化層，然后將打磨后的銅基體依次用蒸餾水和無水乙醇沖洗干凈，再用電吹風吹干待用；
步驟二、將7g氫氧化鉀和1. 78g過硫酸鉀加入無水乙醇中，定容至150mL，攪拌均勻后得到氫氧化鉀濃度為0. 83mol/L，過硫酸鉀濃度為0. 044mol/L的溶液A ；
步驟三、將0. 5mL氟硅烷滴加至30mL無水乙醇中，攪拌至氟硅烷完全溶解，得到溶液B ；
步驟四、將步驟二中所述溶液A置于電解槽中作為電解液，將兩塊步驟一中吹干后的銅基體分別作為陽極和陰極與直流電源的正負極相連接，并調(diào)節(jié)兩塊銅基體正對平行放置且兩塊銅基體之間的距離為30mm，打開直流電源，在電壓為20V的條件下電解30min ；
步驟五、將步驟四中經(jīng)電解后的陽極銅基體依次用無水乙醇和清水沖洗干凈，然后將沖洗后的陽極銅基體置于蒸餾水中浸泡池；
步驟六、將步驟三中所述溶液B均勻涂抹于步驟五中經(jīng)蒸餾水浸泡后的陽極銅基體上，然后晾干，得到具有超疏水表面的銅基體。
圖1是本實施例制備的超疏水表面的掃描電鏡圖，從圖中可以看出，很多約為 Iym的片狀結(jié)構(gòu)隨機分布在基底表面上，但最上層的片狀結(jié)構(gòu)取向基本垂直于基底；同時，這些片狀結(jié)構(gòu)又團簇形成一個復雜的粗糙結(jié)構(gòu)，這極大地增加了儲存空氣的能力。該結(jié)構(gòu)與低表面能的氟硅烷結(jié)合，從而實現(xiàn)了銅基體表面的超疏水性能。
實施例2
本實施例與實施例1相同，其中不同之處在于所用低表面能材料為豆蔻酸、硬脂酸或月桂酸。
實施例3
步驟一、將兩塊大小為50mmX 25mmX 1. 5mm銅基體依次用800粒度和1200粒度的水砂紙打磨，以去除銅基體表面的氧化層，然后將打磨后的銅基體依次用蒸餾水和無水乙醇沖洗干凈，再用電吹風吹干待用；
步驟二、將6. 3g氫氧化鉀和1. 78g過硫酸鉀加入無水乙醇中，定容至150mL，攪拌均勻后得到氫氧化鉀濃度為0. 75mol/L，過硫酸鉀濃度為0. 044mol/L的溶液A ；
步驟三、將0. 5mL硬脂酸滴加至30mL無水乙醇中，攪拌至硬脂酸完全溶解，得到溶液B ；
步驟四、將步驟二中所述溶液A置于電解槽中作為電解液，將兩塊步驟一中吹干后的銅基體分別作為陽極和陰極與直流電源的正負極相連接，并調(diào)節(jié)兩塊銅基體正對平行放置且兩塊銅基體之間的距離為30mm，打開直流電源，在電壓為20V的條件下電解30min ；
步驟五、將步驟四中經(jīng)電解后的陽極銅基體依次用無水乙醇和清水沖洗干凈，然后將沖洗后的陽極銅基體置于蒸餾水中浸泡池；
步驟六、將步驟三中所述溶液B均勻涂抹于步驟五中經(jīng)蒸餾水浸泡后的陽極銅基體上，然后晾干，得到具有超疏水表面的銅基體。
圖2是本實施例制備的超疏水表面的掃描電鏡圖，從圖中可以看出，很多約為 Iym的片狀結(jié)構(gòu)隨機分布在基底表面上，但最上層的片狀結(jié)構(gòu)取向基本垂直于基底；同時，這些片狀結(jié)構(gòu)又團簇形成一個復雜的粗糙結(jié)構(gòu)，這極大地增加了儲存空氣的能力。該結(jié)構(gòu)與低表面能的脂肪酸結(jié)合，從而實現(xiàn)了銅基體表面的超疏水性能。
實施例4
本實施例與實施例3相同，其中不同之處在于所用低表面能材料為氟硅烷、豆蔻酸或月桂酸。
實施例5
步驟一、將兩塊大小為50mmX 25mmX 1. 5mm銅基體依次用800粒度和1200粒度的水砂紙打磨，以去除銅基體表面的氧化層，然后將打磨后的銅基體依次用蒸餾水和無水乙醇沖洗干凈，再用電吹風吹干待用；
步驟二、將5. 88g氫氧化鉀和2. 03g過硫酸鉀加入無水乙醇中，定容至150mL，攪拌均勻后得到氫氧化鉀濃度為0. 70mol/L，過硫酸鉀濃度為0. 05mol/L的溶液A ；
步驟三、將0. 5mL氟硅烷滴加至25mL無水乙醇中，攪拌至氟硅烷完全溶解，得到溶液B ；
步驟四、將步驟二中所述溶液A置于電解槽中作為電解液，將兩塊步驟一中吹干后的銅基體分別作為陽極和陰極與直流電源的正負極相連接，并調(diào)節(jié)兩塊銅基體正對平行放置且兩塊銅基體之間的距離為35mm，打開直流電源，在電壓為30V的條件下電解30min ；
步驟五、將步驟四中經(jīng)電解后的陽極銅基體依次用無水乙醇和清水沖洗干凈，然后將沖洗后的陽極銅基體置于蒸餾水中浸泡紐；
步驟六、將步驟三中所述溶液B均勻涂抹于步驟五中經(jīng)蒸餾水浸泡后的陽極銅基體上，然后晾干，得到具有超疏水表面的銅基體。
實施例6
本實施例與實施例5相同，其中不同之處在于所用低表面能材料為月桂酸、豆蔻酸或硬脂酸。
實施例7
步驟一、將兩塊大小為50mmX 25mmX 1. 5mm銅基體依次用800粒度和1200粒度的水砂紙打磨，以去除銅基體表面的氧化層，然后將打磨后的銅基體依次用蒸餾水和無水乙醇沖洗干凈，再用電吹風吹干待用；
步驟二、將6.72g氫氧化鉀和1.62g過硫酸鉀加入無水乙醇中，定容至150mL，攪拌均勻后得到氫氧化鉀濃度為0. 80mol/L，過硫酸鉀濃度為0. 04mol/L的溶液A ；
步驟三、將0. 5mL豆蔻酸滴加至35mL無水乙醇中，攪拌至豆蔻酸完全溶解，得到溶液B ；
步驟四、將步驟二中所述溶液A置于電解槽中作為電解液，將兩塊步驟一中吹干后的銅基體分別作為陽極和陰極與直流電源的正負極相連接，并調(diào)節(jié)兩塊銅基體正對平行放置且兩塊銅基體之間的距離為30mm，打開直流電源，在電壓為20V的條件下電解60min ；
步驟五、將步驟四中經(jīng)電解后的陽極銅基體依次用無水乙醇和清水沖洗干凈，然后將沖洗后的陽極銅基體置于蒸餾水中浸泡4h ；
步驟六、將步驟三中所述溶液B均勻涂抹于步驟五中經(jīng)蒸餾水浸泡后的陽極銅基體上，然后晾干，得到具有超疏水表面的銅基體。
實施例8
本實施例與實施例7相同，其中不同之處在于所用低表面能材料為氟硅烷、硬脂酸或月桂酸。
實施例9
步驟一、將兩塊大小為50mmX 25mmX 1. 5mm銅基體依次用800粒度和1200粒度的水砂紙打磨，以去除銅基體表面的氧化層，然后將打磨后的銅基體依次用蒸餾水和無水乙醇沖洗干凈，再用電吹風吹干待用；
步驟二、將5. 54g氫氧化鉀和1. 22g過硫酸鉀加入無水乙醇中，定容至150mL，攪拌均勻后得到氫氧化鉀濃度為0. 66mol/L，過硫酸鉀濃度為0. 03mol/L的溶液A ；
步驟三、將0. 5mL氟硅烷滴加至25mL無水乙醇中，攪拌至氟硅烷完全溶解，得到溶液B ；
步驟四、將步驟二中所述溶液A置于電解槽中作為電解液，將兩塊步驟一中吹干后的銅基體分別作為陽極和陰極與直流電源的正負極相連接，并調(diào)節(jié)兩塊銅基體正對平行放置且兩塊銅基體之間的距離為25mm，打開直流電源，在電壓為15V的條件下電解90min ；
步驟五、將步驟四中經(jīng)電解后的陽極銅基體依次用無水乙醇和清水沖洗干凈，然后將沖洗后的陽極銅基體置于蒸餾水中浸泡池；
步驟六、將步驟三中所述溶液B均勻涂抹于步驟五中經(jīng)蒸餾水浸泡后的陽極銅基體上，然后晾干，得到具有超疏水表面的銅基體。
實施例10
本實施例與實施例9相同，其中不同之處在于所用低表面能材料為豆蔻酸、硬脂酸或月桂酸。
對本發(fā)明實施例1，實施例3，實施例5，實施例7和實施例9制備的具有超疏水表面的銅基體進行接觸角檢測，結(jié)果見下表
表1具有超疏水表面的銅基體的接觸角
權(quán)利要求
1.一種在銅基體上制備超疏水表面的電化學方法，其特征在于，該方法包括以下步驟步驟一、將銅基體依次用800粒度和1200粒度的水砂紙打磨，以去除銅基體表面的氧化層，然后將打磨后的銅基體依次用蒸餾水和無水乙醇沖洗干凈，再用電吹風吹干待用；步驟二、將氫氧化鉀和過硫酸鉀加入無水乙醇中，攪拌均勻后得到溶液A ；所述溶液A 中氫氧化鉀的濃度為0. 66mol/L 0. 83mol/L,過硫酸鉀的濃度為0. 03mol/L 0. 05mol/ L ；步驟三、將低表面能材料滴加至無水乙醇中，攪拌至低表面能材料完全溶解，得到溶液 B;所述低表面能材料與無水乙醇的體積比為1 50 70，所述低表面能材料為氟硅烷或脂肪酸；步驟四、將步驟二中所述溶液A置于電解槽中作為電解液，將兩塊步驟一中吹干后的銅基體分別作為陽極和陰極與直流電源的正負極相連接，并調(diào)節(jié)兩塊銅基體正對平行放置且兩塊銅基體之間的距離為25mm 35mm，打開直流電源，在電壓為15V 30V的條件下電角軍 30min 90min ；步驟五、將步驟四中經(jīng)電解后的陽極銅基體依次用無水乙醇和清水沖洗干凈，然后將沖洗后的陽極銅基體置于蒸餾水中浸泡池以上；步驟六、將步驟三中所述溶液B均勻涂抹于步驟五中經(jīng)蒸餾水浸泡后的陽極銅基體上，然后晾干，得到具有超疏水表面的銅基體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在銅基體上制備超疏水表面的電化學方法，其特征在于，步驟二中所述溶液A中氫氧化鉀的濃度為0. 70mol/L 0. 80mol/L。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在銅基體上制備超疏水表面的電化學方法，其特征在于，步驟二中所述過硫酸鉀的濃度為0. 044mol/L。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在銅基體上制備超疏水表面的電化學方法，其特征在于，步驟三中所述低表面能材料與無水乙醇的體積比為1 60。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在銅基體上制備超疏水表面的電化學方法，其特征在于，步驟四中所述兩塊銅基體之間的距離為30mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在銅基體上制備超疏水表面的電化學方法，該方法為一、將銅基體依次用800粒度和1200粒度的水砂紙打磨，然后依次用蒸餾水和無水乙醇沖洗干凈，用電吹風吹干待用；二、將氫氧化鉀和過硫酸鉀加入無水乙醇中，得到溶液A；三、將低表面能材料滴加至無水乙醇中，得到溶液B；四、將溶液A置于電解槽中作為電解液，將兩塊吹干后的銅基體分別作為陽極和陰極，電解；五、將電解后的陽極銅基體依次用無水乙醇和清水沖洗干凈，然后將沖洗后的陽極銅基體置于蒸餾水中浸泡2h以上；六、將溶液B均勻涂抹于浸泡后的陽極銅基體上，然后晾干，得到具有超疏水表面的銅基體。采用本發(fā)明的方法制備的超疏水表面，接觸角可達162°以上。
文檔編號C25D11/02GK102534719SQ20111035825
公開日2012年7月4日 申請日期2011年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月14日
發(fā)明者龐紹芳, 王瑞平, 趙省貴, 郝麗梅 申請人:西安科技大學