专利名称：一种在铜或铜合金网上制备超疏水涂层的方法
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一纳米双微观结构，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 IOOmM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、钼、钯中的一种。所述的贵金属盐溶液为HAuC14、AuC13、K(AuCl4)、NaAuCl4 · 2H20、NaAuCl4 · 2H20、AgCl、AgN03、Ag2S04、H2PtCl6 · 6H20、Na2PtCl66H20、K2PtCl6、PdS04、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一纳米结构的涂层，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闻。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 只有纳米银一铜(合金)超疏水涂层制备的限制，还可制备出纳米金一铜(合金)、纳米钼一铜(合金)以及纳米钯一铜(合金)超疏水涂层，这些具有超疏水性的贵金属一铜(合金)可作为功能材料应用于化学、化工等行业中。
图I是实施例I纳米金一黄铜网的SEM图；图2是实施例2纳米银一紫铜网的SEM图；图3是水滴在实施例I — 4所制备的超疏水铜(合金)网上的照片。
具体实施例方式下面结合实施例及附图对本发明做进一步描述，本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。实施例I超疏水纳米金一黄铜网的制备方法，包括如下步骤将300目黄铜网经超声波乙醇溶剂清洗后，晾干，然后浸入20mM HAuCl4水溶液中，于室温下反应60min取出，用蒸馏水将表面冲洗干净后放入80° C烘箱中干燥5h，最后在空气中放置7天即可得到超疏水涂层。附图I是采用Hitachi S224800型扫描电子显微镜(SEM)所观察到的纳米金一黄铜网的表面形貌图。从图中可以看出，在黄铜网纤维上紧密覆盖着一层微米级别的涂层，而从图I右侧的放大图中可发现，这些微米级别的涂层是由许多纳米带所组成，从而在表面构造出微一纳米双微观结构。实施例2超疏水纳米银一紫铜网的制备方法，包括如下步骤将100目紫铜网经超声波乙醇溶剂清洗后，晾干,然后浸入IOmM AgNO3水溶液中，于室温下反应30min取出，用蒸馏水将表面冲洗干净后放入60° C烘箱中干燥3h，最后在空气中放置5天即可得到超疏水涂层。附图2是所观察到的纳米银一紫铜网的SEM图。从图中可以看出，在紫铜网纤维上堆集着纳米片和类似树枝状的微纳米结构，树枝的长度在3 5μ ，而枝上的分叉由很多纳米级别的棒所组成，因此在表面上也构造出微一纳米双微观结构。实施例3超疏水纳米钼一青铜网的制备方法，包括如下步骤将500目青铜网经超声波乙醇溶剂清洗后，晾干，然后浸入50mM H2PtCl6 · 6H20水溶液中，于室温下反应720min取出，用蒸馏水将表面冲洗干净后放入120° C烘箱中干燥9h，最后在空气中放置15天即可得到超疏水涂层。实施例4超疏水纳米钯一白铜网的制备方法，包括如下步骤将800目白铜网经超声波乙醇溶剂清洗后，晾干，然后浸入IOOmM PdCljK溶液中，于室温下反应360min取出，用蒸馏水将表面冲洗干净后放入100° C烘箱中干燥12h，最后在空气中放置12天即可得到超疏水涂层。附图3是水滴在实施例I 一 4所制备出的超疏水铜(合金)网上的照片，通过KrussDSA100型接触角测量仪对表面水接触角测量得知，实施例I 一 4中的样品的水接触角都大 于150°，而滚动角小于10°，因而都达到了超疏水性质。
权利要求
1.一种在铜网或铜合金网上制备超疏水涂层的方法，其特征在于，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10 100 mM贵金属盐溶液中，于室温下反应30 720 min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。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述的铜合金为黄铜、青铜或白铜中的一种。
3.根据权利要求I或2所述的方法，其特征在于，所述的金属网的网孔为100 800目。
4.根据权利要求I或2所述的方法，其特征在于，所述的贵金属为金、银、钼或钯中的一种。
5.根据权利要求I或2所述的方法，其特征在于，所述的贵金属盐溶液为HAuC14、AuC13、K (AuCl4) 'NaAuCl4 · 2H20、NaAuCl4 · 2H20、AgCl、AgNO3'Ag2SO4'H2PtCl6 · 6H20、Na2PtCl66H20、K2PtCl6, PdSO4, PdCl2 或 K2PdCl6 水溶液中的一种。
6.根据权利要求I或2所述的方法，其特征在于，所述的烘干是将样品放入60 120°C的烘箱中干燥3 12 h。
全文摘要
本发明公开了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。采用化学镀的方法，在铜或铜合金网上镀上一层贵金属微纳米涂层，该涂层无需低表面能物质修饰，于空气中放置一段时间后即可转变为超疏水涂层。本发明采用的方法工艺简单，易于操作，重复性好，适用于超疏水涂层的大规模生产。
文档编号C23C18/44GK102877047SQ201210414489
公开日2013年1月16日 申请日期2012年10月25日 优先权日2012年10月25日
发明者陈嵘, 苏春平, 杨浩, 吕中 申请人:武汉工程大学