专利名称：一种蒸汽滴状冷凝换热表面的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种可以在紫铜材质的换热表面上固载多分子层离子液 体，从而实现蒸汽滴状冷凝换热的方法。
背景技术：
蒸汽冷凝有滴状冷凝和膜状冷凝两种形式，前者的表面换热系数要比 后者高一个数量级以上，这意味着可以大幅度减小凝结换热器的换热面 积，也意味着可以大幅度提高热能利用效率和降低设备成本。
自然条件下，在金属表面无法实现滴状冷凝，实现蒸汽滴状冷凝的基 本方法是降低冷凝面的表面自由能。疏水性有机物具有比水低得多的表面 能，在金属表面涂布一层疏水有机物，是降低表面自由能的最简便方法， 也是最有可能实现规模化生产的方法。问题在于薄膜厚度与结合力之间的 矛盾如果薄膜太薄，氧气和OH"很容易穿过薄膜，使基底腐蚀，导致薄
膜脱落；如果薄膜太厚，其附加热阻将使强化传热效果大大削弱。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可以在紫铜材质的换热表面上固载多分 子层离子液体，从而实现蒸汽滴状冷凝换热的方法。
为实现上述目的，本发明提供的在紫铜换热表面固载离子液体的方
法，步骤如下
A) 预处理依次用400# 2000#梯度砂纸将紫铜换热表面抛光，然 后将表面浸渍于浓度约为2.5M的HN03溶液1 2秒钟，取出后浸入蒸馏 水中待用；
B) 自组装将预处理的紫铜表面浸没在10" 10々M的L-半胱氨酸水 溶液中24 50小时以上，使半胱氨酸分子中的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以蒸馏水反复冲洗处理过的表面，以除去
物理吸附的半胱氨酸分子;将表面浸没在0.2M的NaOH溶液或者0.2M的 HC1溶液中，使结合在铜表面上的半胱氨酸偏离等电点，从而呈正电性或 负电性；以蒸馏水冲洗表面后用风筒吹干，然后以离子液体l,3-二垸基咪 唑三氟甲基硫酰胺盐([R!R2lm][N(CF3S02)/])浸润表面；
D) 后处理以盖玻片覆盖于表面之上，压紧，然后沿表面法向轻微 提拉盖玻片，重复上述过程数次，目的是使离子液体分子呈液晶状态排列； 最后，用蒸馏水反复冲洗表面，最终得到固定在铜表面的多层离子液体分 子。
具体实施例方式
本发明提出的在紫铜换热表面上固定疏水性离子液体以降低铜表面 自由能并因而实现蒸汽滴状冷凝的新方法。将离子液体固定在某种固体表 面的方法，是近年来在催化领域发展起来的一种称为离子液体固定化的新 技术，目前已经成功应用于烯烃的氢甲酰化反应。首先将固体物质表面进 行修饰，如用共价键连接单层的离子液体(或类似体)片段(如阳离子)， 然后用离子液体处理表面，就会在固体物质表面形成6~10层可活动的离 子液体层。用共价键连接的单层离子液体片段被固定在表面，其它离子液 体层则以库仑作用被固定。从应用效果看，正常情况下不会出现离子液体 流失的问题。
本发明采用无味且价格低廉的L-半胱氨酸替代了先前所用的有恶臭 气味的巯基丙酸甲酯作为自组装剂，取得了很好的效果。
本发明提供的在紫铜换热表面固载离子液体的方法，其步骤如下
A) 预处理依次用400# 2000#梯度砂纸将紫铜换热表面抛光，然 后将表面浸渍于浓度约为2.5M的HN03溶液1 2秒钟，迅速取出后浸入 蒸馏水中待用；
B) 自组装将预处理的铜表面浸没在10—A 10^M的L-半胱氨酸水溶 液中24 50小时以上，使半胱氨酸分子中的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以蒸馏水反复冲洗处理过的表面，以除去
4物理吸附的半胱氨酸分子；将表面浸没在0.2M的NaOH溶液或者0.2M的 HC1溶液中，使结合在铜表面上的半胱氨酸偏离等电点，从而呈正电性或 负电性；以蒸馏水冲洗表面后用风筒吹干，然后以离子液体1， 3-二烷基 咪唑三氟甲基硫酰胺盐([R,R2lm][N(CF3S02)2-])浸润表面；
D)后处理以盖玻片覆盖于表面之上，压紧，然后沿表面法向轻微 提拉盖玻片，重复上述过程数次，目的是使离子液体分子呈液晶状态排列； 最后，用蒸馏水反复冲洗表面，最终得到固定在铜表面的多层离子液体分 子。
本发明能有效降低紫铜表面自由能，从而实现蒸汽滴状冷凝。本发明 的优点在于
(1) 疏水层只有几个分子层的厚度，附加热阻微乎其微；
(2) 相比单分子层而言，对基底材料的保护能力强，可有效减缓氧
化；
(3) 涂层的内层分子以共价键与基底结合，结合强度高，外层分子 以静电力相互吸引，呈液晶状态，疏水性很强，不易流失；
(4) 表面制备工艺简单易行，主要以浸渍为主，适于规模化生产。 实施例1
选择厚度为lmm的紫铜片为基材，依次用400# 2000#梯度砂纸将紫 铜换热表面抛光，以表面可以清晰映出人影为度。将表面浸渍于浓度约为 2.5M的HN03溶液1 2秒钟，用蒸馏水冲洗干净。将处理过的铜表面浸 没在1(T5M的L-半胱氨酸水溶液中48小时，取出用蒸馏水清洗后吹干， 经测试，水在表面上的接触角由原来的73度增大到96度左右，表明铜表 面上已经吸附了一层疏水分子膜。将表面浸没在0.2M的HC1溶液中15 秒，取出以蒸馏水冲洗表面后用风筒吹干，然后以离子液体 [R,R2lm][N(CF3S02)/]浸润表面，可以发现，原来无法在光洁铜表面上铺 展开的离子液体在处理后的表面上能够展开成膜。采用提拉法使表面液晶 化，并用蒸馏水反复冲洗表面，最终得到固定在铜表面的多层离子液体分 子。采用表面反射红外光谱进行分析，可以检测到表面上固载的离子液体 的特征吸收峰。
权利要求
1、一种蒸汽滴状冷凝换热表面的制备方法，其步骤包括A)预处理将紫铜换热表面抛光，将表面浸渍于浓度为1.5-2.5M的HNO3溶液1-2秒中，取出后浸入蒸馏水中；B)自组装将预处理后的紫铜表面浸没在10-4-10-7M的L-半胱氨酸水溶液中24-50小时以上，使半胱氨酸分子中的巯基与铜表面发生反应而生成Cu-S共价键，在紫铜表面形成单分子层自组装膜；C)加载离子液体阳离子用水冲洗经步骤B处理过的表面，除去物理吸附的半胱氨酸分子；将表面浸没在0.1-0.2M的NaOH溶液或者0.1-0.2M的HCl溶液中，使结合在铜表面上的半胱氨酸偏离等电点，从而呈正电性或负电性；用水冲洗表面后干燥，以离子液体1，3-二烷基咪唑三氟甲基硫酰胺盐浸润表面；D)后处理将盖玻片覆盖于表面之上，压紧，沿表面法向提拉盖玻片，重复数次，使离子液体分子呈液晶状态排列，得到固定在紫铜表面的多层离子液体分子。
2、 如权利要求1所述的制备方法，其中，步骤A的抛光是依次用400# 2000#梯度砂纸抛光。
3、 如权利要求1所述的制备方法，其中，步骤D中提拉盖玻片后再 用水冲洗表面。
全文摘要
一种蒸汽滴状冷凝换热表面的制备方法，包括预处理、自组装、加载离子液体阳离子、后处理等步骤。本发明能有效降低紫铜表面自由能，从而实现蒸汽滴状冷凝。
文档编号B05D5/08GK101676675SQ200810222340
公开日2010年3月24日 申请日期2008年9月17日 优先权日2008年9月17日
发明者梁世强, 淮秀兰, 亮 陈 申请人:中国科学院工程热物理研究所