[发明专利]一种在铜或铜合金网上制备超疏水涂层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种不经表面改性在铜或铜合金网上制备超疏水涂层的方法。属于功能材料技术领域。

背景技术

超疏水涂层是指水滴在其上的接触角大于150°，滚动角小于10°的表面，这类涂层类似于荷叶表面，水滴在其上具有低粘附性，且易滚落，因而能带上表面的灰尘而具有自清洁效应。通常，超疏水涂层的制备需要满足两个条件：一是要使涂层表面具有类似荷叶的微－纳米双微观结构，另一个就是涂层表面需要低表面能物质的修饰。近年来，我国开展了一系列超疏水涂层的研制工作，这些涂层涉及高分子材料、无机非金属材料以及金属材料等。特别是超疏水性的金属材料表现出了重要的应用前景，如防腐、减阻、油水分离、液体输送以及微流体通道等。

铜作为一种常见的工程材料，具有坚韧、耐磨，良好的延展性、导热和导电性能，在工业中具有重要和不可替代的作用。但铜表面不稳定，容易腐蚀，给实际应用带来了不小的麻烦。而超疏水性的铜表面具有优异的防腐抗污性能，因而得到了人们的广泛关注。目前已研制出超疏水性的铜基材料。化学镀法由于工艺简单、操作容易而被广泛采用。如中国发明专利CN102230169A、CN102102199A和CN102380470A都报道了一种在铜基材料上沉积纳米银的超疏水涂层，但这些方法都需要低表面能的化学试剂修饰以达到超疏水的性质。这些试剂的引入不但会增加工艺的复杂性和生产成本，还会对环境产生影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种在铜网或铜合金网上制备超疏水涂层的方法，该方法可以避免低表面能化学试剂修饰的过程，节省生产成本和减少有机废物的排放。

本发明通过化学镀法将纳米贵金属单质沉积在铜或铜合金网上，然后在空气中放置一段时间即可实现涂层的超疏水性，具体步骤如下：

将铜网或铜合金网置于有机溶剂中，经超声波清洗后，晾干，然后浸入10～100mM贵金属盐溶液中，于室温下反应30～720min后取出，用蒸馏水冲洗干净后烘干，然后在空气中于室温下放置5～15天即得到超疏水涂层。

所述的铜合金为黄铜、青铜、白铜中的一种。

所述的金属网的网孔为100～800目。

所述的贵金属为金、银、铂、钯中的一种。

所述的贵金属盐溶液为HAuCl₄、AuCl₃、K(AuCl₄)、NaAuCl₄·2H₂O、NaAuCl₄·2H₂O、AgCl、AgNO₃、Ag₂SO₄、H₂PtCl₆·6H₂O、Na₂PtCl₆6H₂O、K₂PtCl₆、PdSO₄、PdCl₂、K₂PdCl₆水溶液中的一种。

所述的烘干是将样品放入60～120°C的烘箱中干燥3～12h。

本发明是通过化学镀法利用铜或铜合金中的还原性金属，如铜、锌、铝等还原贵金属盐溶液中的离子，在铜（合金）网上沉积得到一层具有微－纳米结构的涂层，这种双微观结构类似于荷叶表面，不仅增大了表面粗糙度，而且有利于在水滴下面形成空气垫，实现超疏水性。对于不同的贵金属，其反应速率不同，可通过调节反应时间来得到足够的表面粗糙度。但在上述方案描述的参数范围内，都可以获得超疏水涂层。

贵金属涂层在刚制备后表面是超亲水性的，通过干燥脱去涂层内部的水分和一些极性小分子，从而加速涂层从超亲水性向超疏水性的转变，而导致表面润湿性转变的另一个主要原因可能是由于在空气中放置阶段，涂层表面吸附了空气中的有机碳从而使表面的疏水性明显提高。

本发明方法简化了超疏水铜基材料的制备工艺，避免低表面能化学试剂修饰的过程，节省生产成本和减少有机废物的排放。本发明方法工艺简单，易于操作，重复性好，适用于超疏水涂层的大规模生产。

另外，本发明是一种适用性较广的超疏水铜基材料的制备方法，该方法突破目前只有纳米银－铜（合金）超疏水涂层制备的限制，还可制备出纳米金－铜（合金）、纳米铂－铜（合金）以及纳米钯－铜（合金）超疏水涂层，这些具有超疏水性的贵金属－铜（合金）可作为功能材料应用于化学、化工等行业中。

附图说明