专利名称：一种在铜质换热器表面固载离子液体的方法
技术领域：
本发明涉及一种可以在换热器材料的金属铜表面上固载离子液体的 方法。
背景技术：
很多情况下，人们需要通过调节换热器表面的润湿性来达到特殊的目 的。例如，增加换热器表面的疏水性，即降低表面能，可以使蒸气以滴状 冷凝的方式凝结换热，从而获得比通常的膜状冷凝高一个数量级的平均凝
结换热系数；再如，在吸收式制冷的降膜吸收过程中，增加换热器表面的 亲水性有利于溴化锂溶液铺展成膜；又如，换热器表面润湿性对流动换热 过程中流动边界层的形态有显著影响，疏水性壁面有利于减小水流的粘性 耗散效应。
离子液体用作固体表面修饰剂可非常简便地实现固体表面的润湿性 调节(可参考文献李雪辉，赵东滨，费兆福，等.离子液体的功能化及其 应用.中国科学(B)化学,2006,36(3): 181 196)，相对传统的有机试剂有 较大的优势。Lee等(可参考文献B S Lee, Y S Chi, J K Lee, et al. Imidazolium ion-terminated self-assembled monolayers on Au: Effects of counte認ions on surface wettability. J.Am.Chem. Soc., 2004, 126(2):480-481) 用硫醇功能化的咪唑类离子液体在Au表面形成有序的自组装单分子膜， 然后用离子交换法可实现多种离子液体的表面修饰，所获得体系的水润湿 性按照阴离子的疏水程度递减> BF4_ > N03— > C104— > CF3S03_ >PF6— >(CF3S02)2N—。阳离子同样能够影响表面润湿性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在铜质换热器表面固载离子液体的方法。为实现上述目的，本发明提供的在铜质换热器表面固载离子液体的方 法，步骤如下
A) 预处理用过氧化氢(11202)溶液浸泡5-8小时，使铜表面均匀覆盖 一层氧化铜；
B) 自组装将预处理的铜表面浸没在2-10mM的含有巯基化合物的 乙醇溶液中15-50小时以上，使巯基与铜表面发生反应而生成Cu-S共价 键，在铜表面形成单分子层自组装膜；
C) 加载离子液体阳离子用无水乙醇清洗自组装膜，以除去游离的 巯基成份；将表面浸没在含有1,3-二垸基咪唑阳离子的0.1-0.3M的NaOH 溶液中，在70-8(TC恒温水浴中加热2-10小时，使巯基化合物水解，并与 氢氧化二烷基咪唑中和生成离子液体；
D) 后处理冲洗表面，除去游离分子，最终得到固定在铜表面的单 层离子液体分子。
所述的方法，其中，步骤A之前先对铜表面进行打磨、清洗和抛光。 所述的方法，其中，步骤B和步骤C中的巯基化合物为巯基直链脂
肪酸酯，其一端是亲水的巯基取代的甲基，中间是直链烷烃，另一端是疏
水的羧酸酯基。
所述的方法，其中，巯基化合物为3-巯基丙酸甲酯、3-巯基丙酸乙酯、 巯基乙酸甲酯、巯基乙酸异辛酯或6-巯基己酸甲酯；优选的巯基化合物为 3-巯基丙酸甲酯、3-巯基乙酸甲酯或巯基丙酸乙酯；最佳的巯基化合物为 3-巯基丙酸甲酯。
所述的方法，其中，步骤D中的冲洗是用去离子水和无水乙醇。 本发明所述的方法与现有的金属表面涂层技术相比具有如下优势涂 层以化学键与基底相连，结合强度高；涂层为单分子层，附加热阻可以忽 略；通过浸润不同疏水度的其它离子液体，可以方便地调节铜表面的亲水 疏水性，适用范围广。
具体实施例方式
本发明在铜质换热器表面固载离子液体的方法，包括如下步骤首先通过自组装在铜表面以Cu-S共价键连接上一种端巯基直链脂肪 酸酯分子，然后使该分子在碱性条件下水解成脂肪酸，最后用氢氧化二垸 基咪唑进行中和，从而获得阴离子一端固定在铜表面的离子液体。
具体地说，本发明提供的在铜质换热器表面固载离子液体的方法，包 括如下步骤
A) 预处理包括对铜表面进行打磨、清洗和抛光，并用市售的的H202 溶液浸泡5-8小时，目的是使铜表面均匀覆盖一层氧化铜，该过程的控制 反应如下
Cu+H202 -Cu〇+H2
B) 自组装将预处理的铜表面浸没在2 10mM的3-巯基丙酸甲酯(以 此为例，但不限于此，还可以是3-巯基丙酸乙酯、巯基乙酸甲酯、巯基乙 酸异辛酯或6-巯基己酸甲酯)乙醇溶液中15小时以上，使巯基与铜表面 发生反应而生成Cu-S共价键，从而在铜表面形成单分子层自组装膜，该 过程的控制反应如下
C)加载离子液体阳离子用无水乙醇反复清洗自组装膜，以除去游 离的巯基丙酸甲酯分子，将表面浸没在含有l-甲基-3-丁基咪唑阳离子的 O.lM左右的NaOH溶液中，在70-80'C恒温水浴中加热2-5小时，使巯基 丙酸甲酯分子水解，并与氢氧化二垸基咪唑中和生成离子液体，该过程的 控制反应如下
一BMIm〗+OH- -*^ CuSCH2CH2COCr[BMIm]+ + CH3OH
D)后处理分别用去离子水和无水乙醇反复冲洗表面，除去游离分子，最终得到固定在铜表面的单层离子液体分子。
本发明所述的端巯基直链脂肪酸酯具有如下结构特征，即一端是亲水 的巯基取代的甲基，中间是直链烷烃，另一端是疏水的羧酸酯基。
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权利要求
1、一种在铜质换热器表面固载离子液体的方法，步骤如下A)预处理用过氧化氢溶液浸泡5-15小时，使铜表面均匀覆盖一层氧化铜；B)自组装将预处理的铜表面浸没在2-10mM的含有巯基化合物的乙醇溶液中15-50小时以上，使巯基与铜表面发生反应而生成Cu-S共价键，在铜表面形成单分子层自组装膜；C)加载离子液体阳离子用无水乙醇清洗自组装膜，以除去游离的巯基成份；将表面浸没在含有1，3-二烷基咪唑阳离子的0.1-0.3M的NaOH溶液中，在70-80℃恒温水浴中加热2-10小时，使巯基化合物分子中的羧酸酯基发生水解反应，并与氢氧化二烷基咪唑中和生成离子液体；D)后处理冲洗表面，除去游离分子，最终得到固定在铜表面的单层离子液体分子。
2、 如权利要求l所述的方法，其中，步骤A之前先对铜表面进行打磨、清洗和抛光。
3、 如权利要求l所述的方法，其中，步骤B和步骤C中的巯基化合物为巯基直链脂肪酸酯，其一端是亲水的巯基取代的甲基，中间是直链垸烃，另一端是疏水的羧酸酯基。
4、 如权利要求1或3所述的方法，其中，巯基化合物为3-巯基丙酸甲酯、3-巯基丙酸乙酯、巯基乙酸甲酯、巯基乙酸异辛酯或6-巯基己酸甲酯。
5、 如权利要求4所述的方法，其中，巯基化合物为3-巯基丙酸甲酯、3-巯基乙酸甲酯或巯基丙酸乙酯。
6、 如权利要求l所述的方法，其中，步骤D中的冲洗是用去离子水和无水乙醇。
全文摘要
一种在铜质换热器表面固载离子液体的方法，步骤如下A)用过氧化氢溶液浸泡5-15小时，使铜表面均匀覆盖一层氧化铜；B)将预处理的铜表面浸没在2-10mM的含有巯基化合物的乙醇溶液中15-50小时以上，使巯基与铜表面发生反应而生成Cu-S共价键，在铜表面形成单分子层自组装膜；C)用无水乙醇清洗自组装膜，以除去游离的巯基成份；将表面浸没在含有1，3-二烷基咪唑阳离子的0.1-0.3M的NaOH溶液中，在70-80℃恒温水浴中加热2-10小时，使巯基化合物分子中的羧酸酯基发生水解反应，并与氢氧化二烷基咪唑中和生成离子液体；D)冲洗表面，除去游离分子，最终得到固定在铜表面的单层离子液体分子。
文档编号C23C22/05GK101492819SQ200810056728
公开日2009年7月29日 申请日期2008年1月24日 优先权日2008年1月24日
发明者李志刚, 梁世强, 淮秀兰, 军 蔡, 陶毓伽 申请人:中国科学院工程热物理研究所