[發明專利]一種具有低摩擦系數的銅基超疏水復合薄膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201310344660.7
• 申請日: 2013-08-07
• 公開（公告）號: CN103448316A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 陳新華;李佩佩;張萬強;李凌樂;侯珂珂;郭麗麗;武小滿;張平余
• 申請（專利權）人: 許昌學院
• 主分類號: B32B15/04
• 分類號: B32B15/04;C23C22/63;C23C18/42;C23C28/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 喬宇

技術領域

本發明屬于固體表面制備微米或/和納米結構領域，具體涉及一種具有低摩擦系數的銅基超疏水復合薄膜及其制備方法。

背景技術

近年來，超疏水表面由于其獨特的性能在基礎研究和工業應用領域顯示了很好的應用前景，因而倍受人們的廣泛關注。金屬在使用過程中，由于腐蝕、摩擦磨損等消耗巨大。由于超疏水表面能夠為金屬防腐蝕及金屬減磨抗磨等方面提供有益的思路，因此，研究開發一種制備具有良好摩擦學性能的金屬基超疏水表面及其制備方法尤為重要。

金屬銅作為一種重要的工程材料，在人們的日常生活及工業生產中具有重要的作用。在金屬銅及其合金表面構建一種具有低摩擦系數的超疏水薄膜，會大大拓展其應用領域。目前，在金屬銅基底上制備超疏水表面的文獻報道有：《J.Phys.Chem.C.》2012，116，2781-2790發表了題為“Facile?Route?Toward?Mechanically?Stable?Superhydrophobic?Copper?Using?Oxidation-Reduction?Induced?Morphology?Changes”的論文(S.M.Lee,K.S.Kim,E.Pippel,S.M.Kim,J.H.Kim,H.J.Lee.J.Phys.Chem.C.)首先將銅片在430℃下加熱4h獲得氧化銅納米線結構，然后在室溫下分別快速或慢速冷卻，或者于200℃下氬氣流輔助的氫氣氣氛中進行還原反應2h，最終得到起伏的銅納米線超疏水結構。此方法為氧化還原法，無需表面修飾，但反應過程需要高溫條件，能耗較高。《Mater.Lett.》2010,64,2722-2724發表了題為“A?one-step?process?to?engineer?superhydrophobic?copper?surfaces”的論文（Y.Huang,D.K.Sarkar,X.G.Chen.Mater.Lett.），以兩銅片分別為正負電極，硬脂酸乙醇溶液為電解液，在直流電作用下，陽極銅電極表面變為藍色，呈現超疏水性能。該方法需要消耗電能。《Surf.Interface?Anal.》2013,45,698-704發表了題為“Construction?and?corrosion?behaviors?of?a?bilayer?superhydrophobic?film?on?copper?substrate”的論文（J.F.Ou,W.H.Hu,Y.Wang,F.J.Wang,M.S.Xue,W.Li.Surf.Interface?Anal.），通過水解和冷凝過程，將3-巰基丙基三甲氧基硅烷分子自組裝在刻蝕后的銅表面，然后將全氟硅烷接枝到最終羥基化的銅箔表面，從而得到具有超疏水性能的復合涂層。該方法過程中用到含氟試劑，對環境造成一定程度的污染。《J.Phys.Chem.C.》2012，116，18722-18727發表了題為“Facile?Fabrication?of?a?Superhydrophobic?Cu?Surface?via?a?Selective?Etching?of?High-Energy?Facets”的論文（L.J.Liu,F.Y.Xu,L.Ma.J.Phys.Chem.C.），利用簡單的一步選擇性酸刻蝕技術，在銅片上制備了粗糙超疏水表面，但反應中所用的刻蝕劑有雙氧水的添加，雙氧水不穩定易分解，同時成本較高。《Surf.Interface?Anal.》2009，41，872-877發表了題為“Fabrication?and?anti-corrosion?property?of?superhydrophobic?hybrid?film?on?copper?surface?and?its?formation?mechanism”的論文（Y.Chen,S.G.Chen,F.Yu,W.W.Sun,H.Y.Zhu,Y.S.Yin.Surf.Interface?Anal.），通過簡單的一步溶液浸泡過程在銅基底上制備了超疏水表面，所用的溶液為十二硫醇或十四烷基酸的乙醇溶液。《Adv.Mater.》2006，18，767-770發表了題為“One-Step?Solution-Immersion?Process?for?the?Fabrication?of?Stable?Bionic?Superhydrophobic?Surfaces”的論文（S.T.Wang,L.Feng,L.Jiang.Adv.Mater.），利用簡單的溶液浸泡過程，與不同濃度的硬脂酸反應，在銅片表面生成羧酸銅粗糙結構。以上二者所用過程相對簡單，但所得薄膜承載能力較差，易被破壞。2012年王中乾、萬勇等人（摩擦學學報，第32卷，第1期，53-58）以銅片為基底，在氫氧化鈉的作用下在銅片表面構建氧化亞銅微納結構，然后覆蓋硬脂酸薄膜，該薄膜具有良好的減摩抗磨性能，但對水的接觸角小于150°，沒有達到超疏水性能。