[发明专利]一种铜基底上超疏水仿生表面的制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及金属材料表面改性技术，特别是涉及铜基体上超疏水仿生表面的制备方法。

背景技术：

众所周知，物竞天择，自然界经过亿万年的演变，每种生物均有其独特的优异性能，许多生物表面则形成了天然的超疏水性结构，如荷叶、玫瑰花、水稻叶和水黾腿等。这些天然生物表面具有微纳米双层分级结构及化学成分，显示出卓越的超疏水性，同时具备了自清洁效果及粘附性，也就是著名的“荷叶效应”和“花瓣效应”。因此，在工程材料设计和制造方面，这些生物的表面结构常常被用作生物原型。

近年来，金属材料疏水性薄膜的制备得到越来越多的关注。因铜具有较高的导电率，导热性能，以及良好的机械加工性等优异性能，从而成为重要的结构材料，在工业及日常生活中得到广泛应用，如热导体、热交换器、电力线路及海水淡化工程中管道等。因此，改善铜表面性能，制备具有微纳米尺度双层分级结构的超疏水性表面将是一个非常有前景的技术研究。

超疏水仿生表面的制备方法比较多，目前国内外普遍有电沉积法，化学蚀刻法，模板法，电化学法，光刻法，溶胶-凝胶法，层层自组装法等。电沉积法是通过电化学途径在材料表面形成络合物镀层的过程，此方法简便、快速、成本低廉且易实现。针对在铜基体上制备出具有微纳米分级结构的超疏水表面，改善铜基底的表面性能，实现表面高粘附以及自清洁之间进行转换，这是一种新的尝试，对表面处理技术的发展意义重大。

技术内容：

本发明的目的在于提高表面的疏水性，提供一种铜基体上超疏水仿生表面的制备方法。

本发明是仿照荷叶、玫瑰花、水稻和水黾等动植物超疏水性微观结构的特征，采用电沉积方法，在铜基板上制备具有荷叶、玫瑰花和水稻叶表面的微纳米尺度双层分级结构的仿生超疏水表面，改善了表面性能，使其具有超疏水性、高粘附性及自清洁功能，以期得到更广泛的应用。

为了达到上述目的，本发明的设计法案为：

一种铜基底上超疏水仿生表面的制备方法，步骤一，前处理工艺：首先以无水乙醇清洗铜基底；

步骤二，电解：将清洗后的铜基底试样浸入电镀液中进行电解，所述电镀液由氯化铈和肉豆蔻酸组成，氯化铈为0.025-0.05mol，肉豆蔻酸为0.05-0.16mol，将氯化铈和肉豆蔻酸在无水乙醇中搅拌均匀，形成100-300ml溶液，电镀时间选用5min～24h之间的任意数值，反应完成后，表面形成低表面能薄膜，该薄膜为具有微纳米双层分级结构的铜基板表面具有典型生物的超疏水特性。

所述试样表面的形貌特征和生成新物质的质量受电镀液的氯化铈和肉豆蔻酸混合液浓度影响，电镀液的最优浓度为：0.038mol氯化铈和0.1mol肉豆蔻酸在无水乙醇中搅拌均匀，形成150ml溶液。

所述试样表面的形貌特征和生成新物质的质量还受电镀时间影响，电镀时间选5min、10min、20min、30min、40min或24h。

所说的微纳米双层分级结构是由铜表面在电镀液中发生化学置换反应，在铜试样表面形成孔洞结构以及乳突体，即在铜基体上形成微纳米多尺度双层分级结构表面。

所说的典型生物包括荷叶、玫瑰花瓣和水稻叶等植物。

有益效果：这种铜基体上超疏水仿生表面具有微纳米尺度双层分级结构，其所得接触角大于150°，达到超疏水状态。在使用工况下，疏水性能明显增强，并且可以实现表面的高粘附性和自清洁性之间的转换，与简单的电沉积结果相比，该发明有明显进步。

附图说明：

图1电沉积表面的SEM图，电镀时间分别为：

(a)5min;(b)10min;(c)20min;(d)40min;(e)24h。

图2不同电沉积时间制备出的超疏水表面的水滴状态，其中：

(a)10min；(b-d)30min(水滴分别在10ms,60ms和120ms时的滚动状态)。

图3不同电沉积时间制得表面的接触角，电沉积电压为20V，电镀时间分别为5min,10min,20min,30min,40min,1440min。

具体实施方式：

本发明所述的一种铜基底上超疏水仿生表面的制备方法，首先，进行铜基体仿生表面的设计：

以天然生物材料为设计模型，在铜基体上设计具有天然生物复合材料微细结构分布的结构特征的表面。

以铜基体进行超疏水性仿生表面的设计：