一种表面与竹叶背面类似的超疏水铜片及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种表面与竹叶背面类似的超疏水铜片及其制备方法，其制备方法是首先将液态高分子树脂材料浇注在干净的竹叶背面并在10-40℃的温度下固化24小时后从竹叶背面剥离，得到与竹叶背面结构相反的高分子树脂模板；再在高分子树脂模板表面涂布一层厚度为0.5-20微米厚的刻蚀剂，然后将干净的铜片覆盖于涂有刻蚀剂的高分子树脂模板上并施加0.5-5KN/m2的压力，24小时后将铜片从模板上取下用乙醇和自来水各清洗3次；然后将铜片在修饰液中浸泡10-30分钟，便获得与竹叶背面微结构类似的超疏水铜片。本发明提供的方法操作工艺简单、可控性好、成本低、对环境无污染、易于产业化。
【专利说明】一种表面与竹叶背面类似的超疏水铜片及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于超疏水铜片制备【技术领域】，尤其涉及一种表面与竹叶背面类似的超疏水铜片制备方法。
【背景技术】
[0002]自然界的植物叶如竹叶、荷叶、芋头叶等具有极好的疏水性能，水滴在其表面往往形成球形或类球形水珠，在微风或轻微外力的作用下，水滴便会从表面滚落，同时带走表面的灰尘等污染物，起到自清洁的作用。植物叶表面良好的疏水性和自清洁性在近年受到广泛的关注，大量的研究表明，引起植物叶表面产生疏水性的主要因素是其表面存在着精细的表面微结构。受此启发，人们意识到在其它材料表面构建类似于自然界植物叶的表面微结构可赋予这些材料优异的疏水性，于是很多方法如溶胶-凝胶法、自组装法、光刻法、微相分离、等离子氟化法等被用来构建各类型仿植物叶表面结构以期获得疏水性或超疏水性，然而这些方法大多存在工艺复杂、设备昂贵或构建的表面微结构与自然植物叶表面结构相似度不高的缺陷，制约了超疏水表面的产业化。
[0003]铜片是一种非常重要的金属材料，具有优异的导电、导热性能，在工农业和日常生活中具有非常广泛的应用前景，然而目前市场上的普通铜片在潮湿的环境下长期放置会发生严重的腐蚀，从而极大降低其使用性能。很显然，如果赋予铜表面超疏水性，将使铜表面具有非常优异的自清洁性、抗腐蚀性、抗冰冻性及流体减阻性，这必将会大大提高铜片的使用质量和使用时效，也会扩大铜片的使用范围，因此，发明一种简单而易于产业化的方法在铜片上制备仿植物叶表面微结构使铜片获得超疏水性是非常有必要的。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种成本低、易于生产的超疏水铜片。
[0005]本发明要解决的另一个技术问题是提供一种操作工艺简单、成本低、对环境无污染、无需复杂的化学处理、也无需昂贵的设备、易于产业化的制备超疏水铜片的方法。
[0006]为解决上述技术问题，本发明提供的超疏水铜片，其表面微结构与竹叶背面微结构类似，铜片表面与水的接触角在150°-160°之间。
[0007]本发明提供的一种表面与竹叶背面类似的超疏水铜片的制备方法包括如下步骤:
(1)首先将液态高分子树脂材料浇注在干净的竹叶背面并在10_40°C的温度下固化，24小时后从竹叶背面剥离，得到与竹叶背面结构相反的高分子树脂模板；
(2)在高分子树脂模板表面涂布一层厚度为0.5-20微米厚的刻蚀剂，然后将干净的铜片覆盖于涂有刻蚀剂的高分子树脂模板上并施加0.5-5KN/m2的压力，24小时后将铜片从模板上取下用乙醇和自来水各清洗3次；然后将铜片在修饰液中浸泡10-30分钟，便获得与竹叶背面微结构类似的超疏水铜片。[0008]上述制备步骤(1)中所述高分子树脂材料为硅橡胶、环氧树脂或聚氨酯中的一种。
[0009]上述制备步骤(2)中所述刻蚀剂是浓度为0.01-lmol/L的醋酸、盐酸、硫酸铁、氯化铁溶液中的一种。
[0010]上述制备步骤⑵中所述修饰液是质量比浓度为0.5-2%的全氟脂肪酸、十七氟三甲氧基乙氧基硅烷、十八烷酸的溶液，所述溶液的溶剂为无水乙醇。
[0011]本发明的表面微结构与竹叶背面类似的超疏水铜片具有极好的自清洁性、抗腐蚀性、稳定性。
[0012]与现有技术相比，本发明的仿荷叶表面结构超疏水铜片的制备方法操作工艺简单、重现性好、无需任何昂贵设备与材料，对环境无污染，具有很好的产业化前景。
[0013]【专利附图】
【附图说明】:
图1.本发明实施例1获得的表面微结构与竹叶背面类似的超疏水铜片的扫描电镜
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图2.本发明实施例1获得的表面微结构与竹叶背面类似的超疏水铜片的接触角测试
图；
图3.本发明实施例2获得的表面微结构与竹叶背面类似的超疏水铜片的接触角测试
图；· 图4.本发明实施例3获得的表面微结构与竹叶背面类似的超疏水铜片的接触角测试
图；
图5.本发明实施例4获得的表面微结构与竹叶背面类似的超疏水铜片的接触角测试图。
[0014]【具体实施方式】:
下面结合本发明的具体实施例和附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
[0015]实施例1:
首先将液态环氧树脂浇注在干净的竹叶背面并在10°c的温度下固化24小时，得到与竹叶背面结构相反的环氧树脂模板；再在环氧树脂模板表面涂布一层0.5微米厚的浓度为0.01mol/L的醋酸溶液，然后将干净的铜片覆盖于涂有醋酸溶液的环氧树脂模板上并施加0.5KN/m2的压力，24小时后将铜片从模板上取下用乙醇和自来水各清洗3次；然后将铜片在质量比浓度为0.5%的全氟脂肪酸溶液中浸泡10分钟，便获得与竹叶背面微结构类似的超疏水铜片，其表面扫描电镜图如图1所示，接触角测试结果表明所得铜片表面接触角为155° (如图2所示)。
[0016]实施例2:
首先将液态聚氨酯浇注在干净的竹叶背面并在40°C的温度下固化，24小时后从竹叶背面剥离，得到与竹叶背面结构相反的聚氨酯模板；再在聚氨酯模板表面涂布一层20微米厚的浓度为0.5mol/L的盐酸溶液,然后将干净的铜片覆盖于涂有盐酸溶液的聚氨酯模板上并施加2KN/m2的压力，24小时后将铜片从模板上取下用乙醇和自来水各清洗3次；然后将铜片在质量比浓度为1%的十七氟三甲氧基乙氧基硅烷中溶液浸泡30分钟，便获得与竹叶背面微结构类似的超疏水铜片，其表面与水接触角为153° (如图3所示)。[0017]实施例3:
首先将液态环氧树脂材料浇注在干净的竹叶背面并在30°C的温度下固化，24小时后从竹叶背面剥离，得到与竹叶背面结构相反的环氧树脂模板；再在环氧树脂模板表面涂布一层I微米厚的浓度为lmol/L的硫酸铁溶液，然后将干净的铜片覆盖于涂有硫酸铁溶液的环氧树脂模板上并施加3KN/m2的压力，24小时后将铜片从模板上取下用乙醇和自来水各清洗3次；然后将铜片在质量比浓度为1.5%的全氟脂肪酸溶液中浸泡20分钟，便获得与竹叶背面微结构类似的超疏水铜片，其表面与水的接触角为156° (如图4所示)。
[0018]实施例4:
首先将液态聚氨酯材料浇注在干净的竹叶背面并在20°C的温度下固化，24小时后从竹叶背面剥离，得到与竹叶背面结构相反的高分子树脂模板；再在聚氨酯模板表面涂布一层厚度为15微米厚的浓度为0.03mol/L的醋酸溶液，然后将干净的铜片覆盖于涂有醋酸溶液的聚氨酯模板上并施加4KN/m2的压力，24小时后将铜片从模板上取下用乙醇和自来水各清洗3次；然后将铜片在质量比浓度为1.5%的十七氟三甲氧基乙氧基硅烷中浸泡28分钟，便获得与竹叶背面微结构类似的超疏水铜片，其表面与水的接触角为152° (如图5所示)。
[0019]实施例5:
首先将液态硅橡胶材料浇注在干净的竹叶背面并在25°C的温度下固化，24小时后从竹叶背面剥离，得到与竹叶背面结构相反的硅橡胶模板；再在硅橡胶模板表面涂布一层厚度为15微米厚的浓度为0.08mol/L的氯化铁溶液，然后将干净的铜片覆盖于涂有氯化铁溶液的硅橡胶模板上并施加0.5-5KN/m2的压力，24小时后将铜片从模板上取下用乙醇和自来水各清洗3次；然后将铜片在质量比浓度为0.5%的十八烷酸溶液浸泡25分钟，便获得与竹叶背面微结构类似的超疏水铜片，其表面与水的接触角为157°。
[0020]本文中所描述的具体实 施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属【技术领域】的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
【权利要求】
1.一种表面与竹叶背面类似的超疏水铜片，其特征在于，铜片表面微结构与竹叶背面微结构类似，铜片表面与水的接触角在150°-160°之间。
2.制备如权利要求1所述的一种表面与竹叶背面类似的超疏水铜片的方法，其特征在于，制备步骤包括: (1)首先将液态高分子树脂材料浇注在干净的竹叶背面并在10_40°C的温度下固化，24小时后从竹叶背面剥离，得到与竹叶背面结构相反的高分子树脂模板； (2)在高分子树脂模板表面涂布一层厚度为0.5-20微米厚的刻蚀剂，然后将干净的铜片覆盖于涂有刻蚀剂的高分子树脂模板上并施加0.5-5KN/m2的压力，24小时后将铜片从模板上取下用乙醇和自来水各清洗3次；然后将铜片在修饰液中浸泡10-30分钟，便获得与竹叶背面微结构类似的超疏水铜片。
3.如权利要求2所述的制备一种表面与竹叶背面类似的超疏水铜片的方法，其特征在于，制备步骤(1)中所述高分子树脂材料为硅橡胶、环氧树脂或聚氨酯中的一种。
4.如权利要求2所述的制备一种表面与竹叶背面类似的超疏水铜片的方法，其特征在于，制备步骤(2)中所述刻蚀剂是浓度为0.01-lmol/L的醋酸、盐酸、硫酸铁、氯化铁溶液中的一种。
5.如权利要求2所述的制备一种表面与竹叶背面类似的超疏水铜片的方法，其特征在于，制备步骤(2)中所述修饰液是质量比浓度为0.5-2%的全氟脂肪酸、十七氟三甲氧基乙氧基硅烷、十八烷酸的溶液，所·述溶液的溶剂为无水乙醇。
【文档编号】C23C22/02GK103590038SQ201310507212
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年10月25日 优先权日:2013年10月25日
【发明者】袁志庆, 宾吉平, 王宪, 王梦蕾, 黄娟 申请人:湖南工业大学