一种纳米氧化铜超疏水薄膜的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及超疏水表面的制备，具体是一种纳米氧化铜超疏水薄膜的制备方法。
【背景技术】
[0002]最近几年，对于润湿性的研宄已很广泛，特别是超疏水表面的研宄已经成为纳米材料和表面科学领域的研宄热点之一。固体表面的润湿性取决于化学组成(表面自由能)和微观形貌(表面形貌)，因此，降低材料的表面能和增加材料的表面粗糙度，都可以提高材料表面超疏水性。由于超疏水表面不仅具有自清洁功能，而且还具有防水、防雾、防腐蚀、防静电、防污染等功能，不仅对液体输送、微量分析等领域有应用，更重要是在汽车底盘、建筑物外面以及浴室等生活中抗污染、抗腐蚀、自清洁等方面也有很重要的应用前景。
[0003]通常金属或金属氧化物等高能表面常用来制备超亲水表面，超疏水表面的制备则需要通过表面修饰氟碳化合物或长链烷基来降低表面自由能。同时，由于光滑表面的接触角较小，因此需要构筑适宜的微细结构来调适表面润湿性。尽管目前已报道多种方法来构造粗糙表面，如金属阳极氧化、等离子刻蚀、化学气相沉积、模板法、电化学沉积等，但这些方法大多制作成本高、过程复杂，且实验条件苛刻、进行大范围制造而限制了其应用。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种基于现有技术的缺陷纳米氧化铜超疏水薄膜的制备方法，该方法采用纳米金属氧化物材料，由于纳米尺度的粗糙程度足可以达到超疏水对表面形貌的要求，通过控制反应条件，可以得到花冠状的纳米氧化铜，增加了表面粗糙度，再通过低表面自由能硬脂酸的修饰，便可得到效果很好的超疏水材料。
[0005]本发明的技术方案:
[0006]一种纳米氧化铜超疏水薄膜的制备方法，步骤如下:
[0007]I)硫酸铜溶液的配置
[0008]将硫酸铜溶解于去离子水中，在温度60-85°C下搅拌10-20min溶解，然后加入十六烷基三甲胺溴化铵(CTAB)，磁力搅拌溶解后得到硫酸铜溶液；
[0009]2)氧化铜的制备
[0010]在上述硫酸铜溶液中，用分液漏斗滴加浓度为8mol/L的NaOH溶液直至混合液的PH为12，然后搅拌8-12h，将真空抽滤得到的黑色沉淀在真空干燥箱60-90°C下干燥l_2h，研磨后得到氧化铜；
[0011]3)硬脂酸乙醇溶液的制备
[0012]将硬脂酸溶解于分析纯乙醇中，超声20-30min，得到硬脂酸乙醇溶液；
[0013]4)氧化铜涂料的制备
[0014]将步骤2)制备的氧化铜溶解于去离子水中，加入有机硅消泡剂，先磁力搅拌10-20min，然后细胞粉碎30_60min，得到氧化铜涂料；
[0015]5)涂有纳米氧化铜载玻片的制备
[0016]将上述氧化铜涂料放入喷枪内，均匀喷在载玻片上，置于真空干燥箱内60_90°C烘干0.5-lh，制得涂有纳米氧化铜载玻片；
[0017]6)纳米氧化铜超疏水薄膜的制备
[0018]将上述涂有纳米氧化铜载玻片，置于步骤3)制得的硬脂酸乙醇溶液中3_5h进行修饰后，取出置于真空干燥箱内60-90°C烘干0.5-lh,制得纳米氧化铜超疏水薄膜并放入密封袋中密封保存。
[0019]所述硫酸铜与去离子水的用量比为lg: 10_20mL，硫酸铜与十六烷基三甲胺溴化铵质量比为40:2-3。
[0020]所述硬脂酸与乙醇溶液的用量比为lg: 1.5_2mL。
[0021]所述氧化铜、去离子水和有机硅消泡剂有机硅消泡剂的用量比为Ig:10—15mL:0.1-0.3mL。
[0022]本发明的优点是:该方法通过液相沉淀法制备花冠状晶体形貌的纳米氧化铜，其中纳米氧化铜具有花冠状的晶体形貌并用于制备超疏水薄膜，然后通过低表面能物质硬脂酸修饰后形成的超疏水薄膜，制备成本低、简单快捷；制备的超疏水膜的接触角为160-170°、滚动角为0-4°，稳定性较好，可以在空气中放一段时间，效果仍然不错，抗酸碱性较好，可用于防水、防冻及抗金属腐蚀。
【附图说明】
[0023]图1为制得的氧化铜的X射线粉末衍射图谱。
[0024]图2为制得的氧化铜的扫描电镜的照片。
[0025]图3(a)为将5微升的水滴在制得的材料上的接触角照片；(b)为同样体积的水滴普通玻璃上的接触角照片。
具体实施方案
[0026]下面通过具体实施例，进一步对本发明的技术方案进行具体说明。应该理解，下面的实施例只是作为具体说明，而不限制本发明的范围，同时本领域的技术人员根据本发明所做的显而易见的改变和修饰也包含在本发明范围之内。
[0027]实施例:
[0028]一种纳米氧化铜超疏水薄膜的制备方法，步骤如下:
[0029]I)硫酸铜溶液的配置
[0030]将2g硫酸铜溶解于30mL去离子水中，在温度60°C下搅拌20min溶解，然后加入0.1g十六烷基三甲胺溴化铵(CTAB)，磁力搅拌溶解后得到硫酸铜溶液；
[0031]2)氧化铜的制备
[0032]在上述硫酸铜溶液中，用分液漏斗滴加70mL浓度为8mol/L的NaOH溶液直至混合液的PH为12，然后搅拌10h，将真空抽滤得到的黑色沉淀在真空干燥箱60°C下干燥lh，研磨后得到氧化铜；
[0033]图1为制得的氧化铜的X射线粉末衍射图谱，图中表明:产物主要成分为氧化铜，其主要晶向为002和111。
[0034]图2为制得的氧化铜的扫描电镜的照片，图中表明:纳米氧化铜确实为所述的花冠状晶体形貌，纳米片平均尺寸为700nm，厚度约为60nm。
[0035]3)硬脂酸乙醇溶液的制备
[0036]将2g硬脂酸溶解于40mL分析纯乙醇中，超声20min，得到硬脂酸乙醇溶液；
[0037]4)氧化铜涂料的制备
[0038]将Ig步骤2)制备的氧化铜溶解于1mL去离子水中，加入0.1mL有机硅消泡剂，先磁力搅拌20min，然后细胞粉碎60min，得到氧化铜涂料；
[0039]5)涂有纳米氧化铜载玻片的制备
[0040]将上述1mL氧化铜涂料放入喷枪内，均匀喷在载玻片上，置于真空干燥箱内60°C烘干lh，制得涂有纳米氧化铜载玻片；
[0041]6)纳米氧化铜超疏水薄膜的制备
[0042]将上述涂有纳米氧化铜载玻片，置于步骤3)制得的硬脂酸乙醇溶液中4h进行修饰后，取出置于真空干燥箱内60°C烘干0.5h，制得纳米氧化铜超疏水薄膜并放入密封袋中密封保存。
[0043]图3(a)为将5微升的水滴在制得的材料上的接触角照片；(b)为同样体积的水滴普通玻璃上的照片，从照片中可以看出涂有该材料确实有疏水的效果。
【主权项】
1.一种纳米氧化铜超疏水薄膜的制备方法，其特征在于步骤如下: 1)硫酸铜溶液的配置 将硫酸铜溶解于去离子水中，在温度60-85°C下搅拌10-20min溶解，然后加入十六烷基三甲胺溴化铵(CTAB)，磁力搅拌溶解后得到硫酸铜溶液； 2)氧化铜的制备 在上述硫酸铜溶液中，用分液漏斗滴加浓度为8mol/L的NaOH溶液直至混合液的PH为12，然后搅拌8-12h，将真空抽滤得到的黑色沉淀在真空干燥箱60-90°C下干燥l_2h，研磨后得到氧化铜； 3)硬脂酸乙醇溶液的制备 将硬脂酸溶解于分析纯乙醇中，超声20-30min，得到硬脂酸乙醇溶液； 4)氧化铜涂料的制备 将步骤2)制备的氧化铜溶解于去离子水中，加入有机硅消泡剂，先磁力搅拌10-20min，然后细胞粉碎30_60min，得到氧化铜涂料； 5)涂有纳米氧化铜载玻片的制备 将上述氧化铜涂料放入喷枪内，均匀喷在载玻片上，置于真空干燥箱内60-90°C烘干0.5-lh，制得涂有纳米氧化铜载玻片； 6)纳米氧化铜超疏水薄膜的制备 将上述涂有纳米氧化铜载玻片，置于步骤3)制得的硬脂酸乙醇溶液中3-5h进行修饰后，取出置于真空干燥箱内60-90°C烘干0.5-lh，制得纳米氧化铜超疏水薄膜并放入密封袋中密封保存。
2.根据权利要求1所述纳米氧化铜超疏水薄膜的制备方法，其特征在于:所述硫酸铜与去离子水的用量比为lg: 10-20mL，硫酸铜与十六烷基三甲胺溴化铵质量比为40:2-3。
3.根据权利要求1所述纳米氧化铜超疏水薄膜的制备方法，其特征在于:所述硬脂酸与乙醇溶液的用量比为lg: 1.5-2mL。
4.根据权利要求1所述纳米氧化铜超疏水薄膜的制备方法，其特征在于:所述氧化铜、去离子水和有机硅消泡剂有机硅消泡剂的用量比为lg:10-15mL:0.1-0.3mL。
【专利摘要】一种纳米氧化铜超疏水薄膜的制备方法，通过液相沉淀法制备花冠状晶体形貌的纳米氧化铜，其中纳米氧化铜具有花冠状的晶体形貌并用于制备超疏水薄膜，然后通过低表面能物质硬脂酸修饰后形成的超疏水薄膜。本发明的优点是：该制备方法成本低、简单快捷；制备的超疏水膜的接触角为160-170°、滚动角为0-4°，稳定性较好，可以在空气中放一段时间，效果仍然不错，抗酸碱性较好，可用于防水、防冻及抗金属腐蚀。
【IPC分类】C03C17-23
【公开号】CN104829143
【申请号】CN201510159212
【发明人】魏臻, 张志梅, 刘学文
【申请人】天津理工大学
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年4月7日