[发明专利]利用低压氧化法在铜表面制备超疏水薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用低压氧化对金属铜表面进行超疏水改性的方法，可应用于需要防水附着的各种铜表面。属于材料的表面物理化学领域。

背景技术

使固体表面具有超疏水性能的技术可以应用在许多领域。比如我们日常生活中的建筑墙面，汽车上面的超疏水白清洁玻璃，防雾镜等。疏水性研究的热点主要集中在有机化学方面，对无机和金属的研究还比较少。铜作为～种应用广泛的金属材料，在某些应用中对表面疏水性能有着需求。近年来人们对铜的研究主要集中在利用低表面能的有机化学试剂修饰，这样可以达到一种超疏水的目的。  [zhi-Guang Guo，Wei-Min Liu，and Bao-Lian Su，“Astable lotus-leaf-like water-repellent copper”，  APPLIED PHYSICS LETTERS92，063104(2008)]；这篇文献报道了铜表面的超疏水性能的研究结果。

然而，这种用有机化学试剂进行表面处理的方法不仅成本较高，并且工艺复杂，对环境也有影响。

发明内容

本发明所要解决的问题是降低铜表面疏水改性的工艺成本和工艺复杂性，提供一种简单的低压氧化法，仅需在铜表面生成具有双层微纳结构的氧化铜薄膜，无需低表面能有机化学试剂修饰，既可在铜表面实现超疏水性能。

为了解决上述问题，本发明利用低压氧化法在铜表面制备超疏水薄膜的方法，包括以下步骤：

1、配制(1～3摩尔／升)KOH和(0．05-0．25摩尔／升)K₂S₂O₈的水溶液，将两种溶液按照化学反应方程式：的配比混合后，加热至60℃保温，将清洁的铜片放入配好的溶液中，使其表面反应生成氢氧化铜薄膜，反应10-30min后，拿出来冷却，然后用去粒子水冲洗干净，自然晾干；

2、再将步骤1处理后的铜片放入石英舟中，放入真空室，将真空室抽至0.5Pa～20Pa的低气压范围，将铜片加热到120℃，保温1.5h～5h，然后再冷却到室温；这个过程中，发生的化学反应式是：

经过扫描电镜分析和接触角测量仪检测，样品的表面形成了双层微纳结构，从而使得表面表现出超疏水性能。

本发明是在固体表面先用常规的无机化学方法制备一层氢氧化铜薄膜，然后采用低压氧化法对铜表面的氢氧化铜薄膜进行氧化分解处理。我们的研究表明，在无低表面能化学剂修饰的情况下，铜表面氧化物形成了双层微纳结构，既上面是均匀分布的微米尺度的花状结构，下面一层是纳米线结构。根据浸润理论中的cassie模型，正是这种双层微纳结构使表面产生超疏水性能。

与已有技术相比，本发明的特征在于第二步骤中：用低压氧化的方法使氢氧化铜薄膜分解成氧化铜，可以使表面形成双层微纳结构，从而达到超疏水状态。这就免去了低表面能有机化学试剂修饰的过程，一来可以节省制作成本，二来简化了工艺，且减少了有机废物的排放。

具体实施方式

下面结合3个具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

1、配制2摩尔/升KOH和0.1摩尔/升K₂S₂O₈的水溶液，将铜片迅速放入配好的溶液中，在60℃反应15min，拿出来用去粒子水冲洗干净。自然晾干。

2、将1制成的铜片放入石英舟中在放入真空室，在1.5Pa下120℃保温1.5h后冷却至室温。

对铜表面进行疏水性测量，与水的静接触角为151°，滞后角为5°。

实施例2：

1、配制3摩尔/升KOH和0.25摩尔/升K₂S₂O₈的水溶液，将铜片迅速放入配好的溶液中，在60℃反应10min，拿出来用去粒子水冲洗干净。自然晾干。

2、将1制成的铜片放入石英舟中，在0.5Pa下120℃保温5h后冷却到室温。

对该样品表面进行疏水性测量，与水静接触角为153°，滞后角7°。

实施例3：

1、配制1摩尔/升KOH和0.05摩尔/升K₂S₂O₈的水溶液，将铜片迅速放入配好的溶液中，在60℃反应30min，拿出来用去粒子水冲洗干净。自然晾干。

2、将1制成的铜片放入石英舟中，在20Pa下120℃保温3h后冷却到室温。

对该样品表面进行疏水性测量，与水静接触角为151.5°，滞后角5°。