[發(fā)明專利]一種銅表面梯度潤(rùn)濕自組裝膜及其制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210053434.9
• 申請(qǐng)日: 2012-03-02
• 公開（公告）號(hào): CN102527614A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程江;黃子恒;皮丕輝;文秀芳;徐守萍;楊卓如
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B05D5/00
• 分類號(hào): B05D5/00
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 宮愛鵬

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及梯度潤(rùn)濕自組裝膜及其制備方法，特別是一種銅表面梯度潤(rùn)濕自組裝膜及其制備方法。

背景技術(shù)

梯度潤(rùn)濕性材料是一種通過表面形貌結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)組分的連續(xù)變化從而達(dá)到表面物理和化學(xué)性質(zhì)沿平行于表面方向連續(xù)變化的材料。通常，按照引起梯度性質(zhì)變化的本質(zhì)可將其分為化學(xué)組成梯度表面和微結(jié)構(gòu)梯度表面兩種。近年來，表面潤(rùn)濕性梯度材料在生物相容性、診斷學(xué)、納米摩擦學(xué)、微流體、液體自輸運(yùn)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，尤其在促進(jìn)液滴和微流體移(流)動(dòng)以及強(qiáng)化氣相滴狀凝結(jié)換熱過程和微熱管散熱性能方面有重要的應(yīng)用。

張希教授等在2006年Langmuir雜志上報(bào)道了在粗糙的金表面上通過正十二烷基硫醇和11-巰基十一醇這2種不同表面能的單分子層的自組裝，從而實(shí)現(xiàn)表面從超疏水到超親水的連續(xù)變化。周亞麗等在2009年材料導(dǎo)報(bào)雜志上報(bào)道了在粗糙的銀表面上通過調(diào)節(jié)正十二烷基硫醇溶液的濃度或滴加速度，能在同一銀表面的不同位置實(shí)現(xiàn)從疏水性到超疏水性的梯度潤(rùn)濕性調(diào)控。但以上方法都需要在底材上鍍上一層金、銀貴金屬，存在原料價(jià)格昂貴、制備工藝復(fù)雜等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種銅表面梯度潤(rùn)濕自組裝膜及其制備方法，該方法是以脂肪酸單分子層膜在銅基底上自組裝制備出梯度潤(rùn)濕性表面，其原料價(jià)格低廉、環(huán)保無污染，制備方法簡(jiǎn)單。

本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明在制備過程中，首先以預(yù)處理后銅片為陽極，石墨或鉑電極為陰極，以堿溶液為電解液，在一定電壓下電化學(xué)反應(yīng)，使銅表面沉積一層Cu(OH)₂前驅(qū)物，再將銅表面置于高溫條件下脫水，使銅表面生成黑色的CuO陣列；然后采用自組裝法，將該銅片置于燒杯中，逐漸加入脂肪酸乙醇溶液，自組裝完后用無水乙醇沖洗去除物理吸附的脂肪酸，室溫晾干后得到銅表面的梯度潤(rùn)濕自組裝膜。該過程中可通過調(diào)節(jié)脂肪酸乙醇溶液的滴加速度及滴加時(shí)間制備出不同梯度范圍及長(zhǎng)度的梯度潤(rùn)濕自組裝膜。具體制備方法如下：

一種銅表面梯度潤(rùn)濕自組裝膜的制備方法，包括如下步驟：

(1)采用電化學(xué)沉積法，在銅片表面沉積一層Cu(OH)₂前驅(qū)物；

(2)電沉積后的銅片，經(jīng)高溫脫水后，在銅表面生成一層黑色的CuO；

(3)采用自組裝法，向步驟(2)得到的銅片逐漸滴加濃度為0.05mmol/L～0.5mmol/L的脂肪酸乙醇溶液，滴加時(shí)間為1min～10min，滴加結(jié)束后用無水乙醇沖洗，室溫晾干后，得到銅表面梯度潤(rùn)濕自組裝膜。

優(yōu)選地，步驟(1)所述電化學(xué)沉積的條件是以預(yù)處理后的銅片為陽極，石墨或鉑電極為陰極，0.5mol/L～5mol/L的堿溶液為電解液，電流強(qiáng)度為100mA～500mA，電沉積時(shí)間為1min～10min。

優(yōu)選地，所述的堿溶液為氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液。

優(yōu)選地，步驟(1)所述銅片還經(jīng)過如下預(yù)處理：將銅片分別連續(xù)在摩爾濃度為2mol/L的鹽酸、丙酮、乙醇、去離子水中各超聲清洗5min。

優(yōu)選地，步驟(2)所述高溫脫水的條件為：溫度150℃～220℃，脫水2h～4h。

優(yōu)選地，所述的脂肪酸為癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕櫚酸或硬脂酸。

上述制備的銅表面梯度潤(rùn)濕自組裝膜的梯度接觸角范圍約為18°～140°。

采用電化學(xué)沉積法，使銅表面沉積一層Cu(OH)₂前驅(qū)物，經(jīng)高溫脫水后銅表面生成黑色的CuO陣列，帶有黑色CuO陣列的銅表面呈現(xiàn)出良好的親水性。再通過脂肪酸與CuO陣列之間發(fā)生酸堿反應(yīng)，在羧酸陰離子與金屬陽離子形成離子鍵，從而在銅表面形成自組裝單層膜，其中，CuO陣列對(duì)于銅表面梯度潤(rùn)濕自組裝膜的制備起著極其重要的作用。由于脂肪酸的末端基團(tuán)為甲基，具有一定的疏水性，因此隨著自組裝液液面的上升，銅表面的自組裝時(shí)間由下端至上端逐漸遞減，即銅表面的脂肪酸疏水基團(tuán)甲基密度由下端至上端逐漸遞減，銅表面下端呈現(xiàn)出較好的疏水性，而上端呈現(xiàn)出較好的親水性，從而得到銅表面梯度潤(rùn)濕自組裝膜。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)與傳統(tǒng)的在底材上鍍上貴重金屬金、銀相比，本發(fā)明只需通過在底材上進(jìn)行簡(jiǎn)單的電化學(xué)鍍?nèi)缓蠼?jīng)脫水處理即可得到自組裝所需的基底；電化學(xué)沉積法具有原料低廉且能重復(fù)使用、制備的CuO陣列均勻穩(wěn)定、工藝流程簡(jiǎn)單、制備時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。

(2)與傳統(tǒng)通過親疏水兩種物質(zhì)在基材表面制備梯度潤(rùn)濕自組裝膜相比，本發(fā)明只需單種物質(zhì)在基材表面自組裝即可得到梯度潤(rùn)濕自組裝膜；