[發明專利]一種抗霧微納復合結構銅基超疏水表面的制備方法

在審

• 申請號: 201710034276.5
• 申請日: 2017-01-17
• 公開（公告）號: CN106835079A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 夏詠梅;余新泉;盧雅琳;李小平;孫順平;張友法
• 申請（專利權）人: 江蘇理工學院
• 主分類號: C23C18/12
• 分類號: C23C18/12;C23C18/04;B24B1/00
• 代理公司: 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙)32231
• 代理人: 高姍

技術領域

本發明屬于化學功能材料技術領域，涉及一種微納復合結構銅基超疏水表面的制備方法，特別是關于一種抗霧微納復合結構銅基超疏水表面的制備方法。

背景技術

銅及其合金因性能優良而在國民經濟中應用廣泛。如大部分的凝汽器、低壓加熱器和冷油器中的換熱器件以及水冷發電機的空芯導線都使用銅或者銅合金；此外，海上軍事工程中，艦船水管路系統中使用較多的也是一些銅及銅合金。但是這些銅基材料/銅制零部件在使用過程中，大部分需要暴露在潮濕環境中，由于銅表面能較高水分子易吸附聚集從而極易造成表面的污染和腐蝕，嚴重影響了銅產品的導熱和導電性能給產品和設備的穩定工作帶來了較大的危害。因此，銅基材料的抗污染、耐腐蝕工作變得至關重要！

滴落在低黏附超疏水表面上的宏觀液滴能夠呈現表觀接觸角大于150°的Cassie態接觸，極易滾落。鑒于此，推測在低溫高濕環境中水汽極有可能在低黏附超疏水表面上形成良好的滴狀冷凝，并能迅速脫落，保持表面清潔干燥，從而達到提高傳熱和設備使用壽命的目的。這一點已經得到了宋永吉等[水蒸氣在超疏水表面上的冷凝傳熱，工程熱物理學報,2007,28(1):95-97]的證實。因此，低黏附超疏水表面技術使低溫高濕環境中銅基材料的抗污染性、耐腐蝕性成為可能。

但是，現存的很多超疏水表面只對外加宏觀水滴呈低黏附超疏狀態(即Cassie態)，對潮濕環境中原位形成的微小液滴或霧化液滴則呈非超疏水態(即超疏水特性在水蒸氣凝結條件下發生失效)或高黏附的超疏狀態(即Wenzel態)，很難脫落。人們發現許多天然超疏水表面(如荷葉、芋頭葉、蝴蝶翅膀等)，正是由于其自身特殊微納結構賦予了它們優異的疏水性能。納米結構的構建很容易利用成本低廉的濕化學方法完成，而目前微米結構陣列的構建，存在所需設備昂貴，工藝復雜等特點。但對金屬而言，砂紙機械打磨，作為一項簡單且環境友好型的技術，多年來主要用作表面平滑的手段，然而其具有潛在的微米和亞微米尺度的粗化表面的功能一直被忽視。結合Nosonovsky等[Roughnessoptimizationforbiomimeticsuperhydrophobicsurfaces[J].Micr osystTechnol,2005,11(7):535-549]提出的半球狀頂部柱子陣列結構與錐體陣列結構為最優化的超疏水表面微觀粗糙結構的觀點。專利CN201310535080.6和CN201310532848.4涉及的ZnO納米棒錐陣列剛好滿足“半球狀頂部柱子陣列結構與錐體陣列結構”的條件。

基于此，本發明結合砂紙定向打磨手段和濕化學合成納米棒錐陣列技術開發一種抗霧性能微納復合結構銅基超疏水表面的制備方法，該方法具有工藝簡單、條件溫和、過程綠色環保、成本低和適合工業化生產等特點；制備所得的微納復合結構銅基超疏水表面具有優異的宏觀疏水性能，并且霧化條件下能夠明顯地觀察到普遍的水滴自脫附現象和強勁的滴狀冷凝現象，表明該表面依然能夠保持冷凝露滴的Cassie態接觸，具有明顯的抗凝露抗霧效果和良好的耐蝕性能。

發明內容

本發明的目的是提供一種綠色環保、處理工序簡單、條件溫和、易操作、成本低，穩定性好的抗霧微納復合結構銅基超疏水表面的制備方法，用以解決現有技術中的銅基超疏水表面技術存在的處理工序復雜、成本較高、穩定性較差、水蒸氣凝結條件下發生超疏水特性失效等的技術問題。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種抗霧微納復合結構銅基超疏水表面的制備方法，包括以下步驟：首先利用砂紙打磨在金屬銅基底上構建規整微米級粗糙結構；然后在微米級粗糙結構表面制備納米棒錐陣列結構，從而在銅基底表面構筑微納分級復合結構；最后利用氟硅烷對具有微納分級復合結構銅基底進行高溫真空氟化，即制得所述的抗霧微納復合結構銅基超疏水表面；

一種抗霧微納復合結構銅基超疏水表面的制備方法，該方法具體包括以下步驟：

1)微米結構的構建：分別利用單一型號砂紙按單一方向進行定向打磨，在金屬銅片表面構建規整微米溝槽；或用兩種不同型號砂紙的組合打磨的方法在金屬銅片表面構建規整微米網格結構陣列；

2)基底清洗：將砂紙打磨過的銅片依次用丙酮、無水乙醇和去離子水超聲清洗；隨后依次用自來水和去離子水沖洗；最后，用無水乙醇淋洗，冷風吹干，備用；

3)微納復合結構陣列的構建：在清洗過的構建有規整微米結構的銅基底表面上制備ZnO納米棒錐陣列(陣列制備方法參考專利CN201310532848.4和CN201310535080.6中的教導完成)，構建出微納復合結構陣列；