一種在銅或銅合金網上製備超疏水塗層的方法
2023-06-04 05:01:16
專利名稱：一種在銅或銅合金網上製備超疏水塗層的方法
技術領域：
本發明涉及一種不經表面改性在銅或銅合金網上製備超疏水塗層的方法。屬於功能材料技術領域。
背景技術：
超疏水塗層是指水滴在其上的接觸角大於150°，滾動角小於10°的表面，這類塗層類似於荷葉表面，水滴在其上具有低粘附性，且易滾落，因而能帶上表面的灰塵而具有自清潔效應。通常，超疏水塗層的製備需要滿足兩個條件一是要使塗層表面具有類似荷葉的微一納米雙微觀結構，另一個就是塗層表面需要低表面能物質的修飾。近年來，我國開展了一系列超疏水塗層的研製工作，這些塗層涉及高分子材料、無機非金屬材料以及金屬材料等。特別是超疏水性的金屬材料表現出了重要的應用前景，如防腐、減阻、油水分離、液體輸送以及微流體通道等。 銅作為一種常見的工程材料，具有堅韌、耐磨，良好的延展性、導熱和導電性能，在工業中具有重要和不可替代的作用。但銅表面不穩定，容易腐蝕，給實際應用帶來了不小的麻煩。而超疏水性的銅表面具有優異的防腐抗汙性能，因而得到了人們的廣泛關注。目前已研製出超疏水性的銅基材料。化學鍍法由於工藝簡單、操作容易而被廣泛採用。如中國發明專利CN102230169A、CN102102199A和CN102380470A都報導了一種在銅基材料上沉積納米銀的超疏水塗層，但這些方法都需要低表面能的化學試劑修飾以達到超疏水的性質。這些試劑的引入不但會增加工藝的複雜性和生產成本，還會對環境產生影響。
發明內容
本發明所要解決的技術問題在於提供一種在銅網或銅合金網上製備超疏水塗層的方法，該方法可以避免低表面能化學試劑修飾的過程，節省生產成本和減少有機廢物的排放。本發明通過化學鍍法將納米貴金屬單質沉積在銅或銅合金網上，然後在空氣中放置一段時間即可實現塗層的超疏水性，具體步驟如下將銅網或銅合金網置於有機溶劑中，經超聲波清洗後，晾乾，然後浸入10 IOOmM貴金屬鹽溶液中，於室溫下反應30 720min後取出，用蒸餾水衝洗乾淨後烘乾，然後在空氣中於室溫下放置5 15天即得到超疏水塗層。所述的銅合金為黃銅、青銅、白銅中的一種。所述的金屬網的網孔為100 800目。所述的貴金屬為金、銀、鉬、鈀中的一種。所述的貴金屬鹽溶液為HAuC14、AuC13、K(AuCl4)、NaAuCl4 · 2H20、NaAuCl4 · 2H20、AgCl、AgN03、Ag2S04、H2PtCl6 · 6H20、Na2PtCl66H20、K2PtCl6、PdS04、PdCl2、K2PdCl6 水溶液中的一種。所述的烘乾是將樣品放入60 120° C的烘箱中乾燥3 12h。
本發明是通過化學鍍法利用銅或銅合金中的還原性金屬，如銅、鋅、鋁等還原貴金屬鹽溶液中的離子，在銅(合金)網上沉積得到一層具有微一納米結構的塗層，這種雙微觀結構類似於荷葉表面，不僅增大了表面粗糙度，而且有利於在水滴下面形成空氣墊，實現超疏水性。對於不同的貴金屬，其反應速率不同，可通過調節反應時間來得到足夠的表面粗糙度。但在上述方案描述的參數範圍內，都可以獲得超疏水塗層。貴金屬塗層在剛製備後表面是超親水性的，通過乾燥脫去塗層內部的水分和一些極性小分子，從而加速塗層從超親水性向超疏水性的轉變，而導致表面潤溼性轉變的另一個主要原因可能是由於在空氣中放置階段，塗層表面吸附了空氣中的有機碳從而使表面的疏水性明顯提聞。本發明方法簡化了超疏水銅基材料的製備工藝，避免低表面能化學試劑修飾的過程，節省生產成本和減少有機廢物的排放。本發明方法工藝簡單，易於操作，重複性好，適用於超疏水塗層的大規模生產。另外，本發明是一種適用性較廣的超疏水銅基材料的製備方法，該方法突破目前 只有納米銀一銅(合金)超疏水塗層製備的限制，還可製備出納米金一銅(合金)、納米鉬一銅(合金)以及納米鈀一銅(合金)超疏水塗層，這些具有超疏水性的貴金屬一銅(合金)可作為功能材料應用於化學、化工等行業中。
圖I是實施例I納米金一黃銅網的SEM圖；圖2是實施例2納米銀一紫銅網的SEM圖；圖3是水滴在實施例I — 4所製備的超疏水銅(合金)網上的照片。
具體實施例方式下面結合實施例及附圖對本發明做進一步描述，本發明要求保護的範圍並不局限於實施例表述的範圍。實施例I超疏水納米金一黃銅網的製備方法，包括如下步驟將300目黃銅網經超聲波乙醇溶劑清洗後，晾乾，然後浸入20mM HAuCl4水溶液中，於室溫下反應60min取出，用蒸餾水將表面衝洗乾淨後放入80° C烘箱中乾燥5h，最後在空氣中放置7天即可得到超疏水塗層。附圖I是採用Hitachi S224800型掃描電子顯微鏡(SEM)所觀察到的納米金一黃銅網的表面形貌圖。從圖中可以看出，在黃銅網纖維上緊密覆蓋著一層微米級別的塗層，而從圖I右側的放大圖中可發現，這些微米級別的塗層是由許多納米帶所組成，從而在表面構造出微一納米雙微觀結構。實施例2超疏水納米銀一紫銅網的製備方法，包括如下步驟將100目紫銅網經超聲波乙醇溶劑清洗後，晾乾,然後浸入IOmM AgNO3水溶液中，於室溫下反應30min取出，用蒸餾水將表面衝洗乾淨後放入60° C烘箱中乾燥3h，最後在空氣中放置5天即可得到超疏水塗層。附圖2是所觀察到的納米銀一紫銅網的SEM圖。從圖中可以看出，在紫銅網纖維上堆集著納米片和類似樹枝狀的微納米結構，樹枝的長度在3 5μ ，而枝上的分叉由很多納米級別的棒所組成，因此在表面上也構造出微一納米雙微觀結構。實施例3超疏水納米鉬一青銅網的製備方法，包括如下步驟將500目青銅網經超聲波乙醇溶劑清洗後，晾乾，然後浸入50mM H2PtCl6 · 6H20水溶液中，於室溫下反應720min取出，用蒸餾水將表面衝洗乾淨後放入120° C烘箱中乾燥9h，最後在空氣中放置15天即可得到超疏水塗層。實施例4超疏水納米鈀一白銅網的製備方法，包括如下步驟將800目白銅網經超聲波乙醇溶劑清洗後，晾乾，然後浸入IOOmM PdCljK溶液中，於室溫下反應360min取出，用蒸餾水將表面衝洗乾淨後放入100° C烘箱中乾燥12h，最後在空氣中放置12天即可得到超疏水塗層。附圖3是水滴在實施例I 一 4所製備出的超疏水銅(合金)網上的照片，通過KrussDSA100型接觸角測量儀對表面水接觸角測量得知，實施例I 一 4中的樣品的水接觸角都大 於150°，而滾動角小於10°，因而都達到了超疏水性質。
權利要求
1.一種在銅網或銅合金網上製備超疏水塗層的方法，其特徵在於，將銅網或銅合金網置於有機溶劑中，經超聲波清洗後，晾乾，然後浸入10 100 mM貴金屬鹽溶液中，於室溫下反應30 720 min後取出，用蒸餾水衝洗乾淨後烘乾，然後在空氣中於室溫下放置5 15天即得到超疏水塗層。
2.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，所述的銅合金為黃銅、青銅或白銅中的一種。
3.根據權利要求I或2所述的方法，其特徵在於，所述的金屬網的網孔為100 800目。
4.根據權利要求I或2所述的方法，其特徵在於，所述的貴金屬為金、銀、鉬或鈀中的一種。
5.根據權利要求I或2所述的方法，其特徵在於，所述的貴金屬鹽溶液為HAuC14、AuC13、K (AuCl4) 'NaAuCl4 · 2H20、NaAuCl4 · 2H20、AgCl、AgNO3'Ag2SO4'H2PtCl6 · 6H20、Na2PtCl66H20、K2PtCl6, PdSO4, PdCl2 或 K2PdCl6 水溶液中的一種。
6.根據權利要求I或2所述的方法，其特徵在於，所述的烘乾是將樣品放入60 120°C的烘箱中乾燥3 12 h。
全文摘要
本發明公開了一種不經表面改性在銅或銅合金網上製備超疏水塗層的方法。採用化學鍍的方法，在銅或銅合金網上鍍上一層貴金屬微納米塗層，該塗層無需低表面能物質修飾，於空氣中放置一段時間後即可轉變為超疏水塗層。本發明採用的方法工藝簡單，易於操作，重複性好，適用於超疏水塗層的大規模生產。
文檔編號C23C18/44GK102877047SQ201210414489
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月25日 優先權日2012年10月25日
發明者陳嶸, 蘇春平, 楊浩, 呂中 申請人:武漢工程大學