一种制备树枝状微纳米结构氧化铜超疏水涂层的方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109023319A(43)申请公布日2018.12.18(21)申请号201811086518.6(22)申请日2018.09.18(71)申请人中国石油大学（华东）地址266580山东省青岛市黄岛区长江西路66号(72)发明人于思荣吕哲馨尹晓丽周雪宋锴星(51)Int.Cl.C23C18/38(2006.01)C23C18/18(2006.01)权利要求书1页说明书6页附图3页(54)发明名称一种制备树枝状微纳米结构氧化铜超疏水涂层的方法(57)摘要本发明公开了一种简单、快速地制备树枝状微纳米结构氧化铜超疏水涂层的方法。首先通过化学置换、直接热氧化过程制备出了具有树枝状微米结构的氧化铜；化学置换液可以是氯化铜水溶液，也可以是硫酸铜和氯化铁(或氯化钠)的混合水溶液；将处理好的基体试样浸入化学置换液中，在试样表面形成非光滑的铜沉积层；再将其置于马弗炉中，热处理一定时间，将铜沉积层直接热氧化成氧化铜，得到树枝状微纳米结构的氧化铜；最后，经低能修饰，获得超疏水氧化铜涂层。去离子水与该氧化铜超疏水涂层的静态接触角大于150°，滚动角小于10°。本发明制备的氧化铜超疏水涂层无需复杂昂贵的设备，工艺简单，可重复性强，可应用于铝、镁、锌、铁等表面，适合工业化生产。CN109023319ACN109023319A权利要求书1/1页1.一种制备树枝状微纳米结构氧化铜超疏水涂层的方法，其特征在于该微纳米氧化铜超疏水涂层制备方法包括以下步骤：(1)铝材基底的前处理：用金相水砂纸(由300#逐级打磨至2000#)将加工好的铝材试样打磨光滑，并将打磨好的试样依次放入丙酮、无水乙醇中进行超声波清洗5-15min，以去除试样表面的油脂和污染物；然后将清洗好的铝材基底试样依次进行表面碱洗除氧化膜和酸洗处理：碱洗除氧化膜是将打磨光滑的铝材试样放到含3％-10％氢氧化钠的碱性水洗液中室温处理1-2min后，用无水乙醇清洗；酸洗处理是将碱洗除氧化膜后的铝材试样用20％-30％硝酸的酸洗液冲洗后，用无水乙醇清洗，干燥备用；(2)化学置换反应沉积铜层：配置30-150g/L的CuCl2·2H2O水溶液，或配置含20-120g/L的CuSO4·5H2O和2.5-40g/L的FeCl3·6H2O(或5-60g/L的NaCl)组成的混合水溶液，将步骤(1)中清洗干净的铝材试样浸入到上述配置好的混合溶液中进行化学置换反应，反应时间为0.5-5min；再将反应后的试样浸入适量的清水中(1-2L)，时间10-20min，去除残留的反应液；然后将试样放入干燥箱中在50-150℃下烘干；(3)热氧化处理：将步骤(2)中表面覆盖有铜沉积层的铝材试样放到管式炉(或马弗炉)中进行热处理，气体氛围为空气，升温速率2-6℃/min，热处理温度为300-600℃，保温时间为1-5h，热处理结束后取出，空冷至室温；(4)低能修饰：将步骤(3)中得到的试样放入到0.005-0.05mol/L的低能物质(硬酸酸、棕榈酸、月桂酸、全氟辛酸)无水乙醇溶液中浸泡1-5h，取出后放到培养皿中，然后放入干燥箱中在50-120℃下烘干，即可得到具有树枝状微观形貌的氧化铜超疏水表面涂层。2CN109023319A说明书1/6页一种制备树枝状微纳米结构氧化铜超疏水涂层的方法技术领域[0001]本发明涉及金属材料表面改性领域，具体涉及一种制备树枝状微纳米结构氧化铜超疏水涂层的方法。依靠超疏水表面所固有的疏水、防腐蚀、防结垢和自清洁功能，提高铝材的使用寿命。背景技术[0002]近三十多年来，特殊浸润性膜层，特别是超疏水膜层，已经成为国内外微纳米材料与表面科学领域的研究热点。超疏水涂层所固有的防水、防污、防腐蚀、防冰霜等功能，使原本易受腐蚀、污染及破坏的材料表面得到了有效的保护。铝材因优异的性能被广泛地应用于电器、建筑、交通工具、机械制造、国防工业等领域。但是，由于元素铝的反应活性较高，故其表面容易发生污物污染、化学腐蚀。而在铝材表面制备超疏水涂层会有效提升铝材表面的抗污损、抗腐蚀等性能，并实现其功能化应用。[0003]依据现有的表面润湿理论，对于本征亲水性材料(如铝、铜、锌及镁等)，超疏水涂层的基本制备流程：首先，增加基体表面的粗糙度；其次，在粗糙度增加的基体表面上修饰具有低表面能的物质。研究表明，在相对平滑的表面上，仅修饰低表面能的物质最多只能将其与水的静态接触角值提高至119°。因此，人工制备超疏水材料的关键就在于构造具有微米甚至纳米结构的表面粗糙结构，如花冠状结构，柱状结构、具有多重粗糙度的阶层结构等。[0004]目前，已经有许多提高表面粗糙度的方法，如化学刻蚀法、激光刻蚀法、溶胶凝胶法、气相沉积法、电化学方法等。近年来，过渡金属及其氧