静电喷涂法制备铜基底超疏水表面

技术领域

本发明属于金属基材表面处理技术领域，具体涉及一种铜基超疏水表面结构的制备方法。

背景技术

超疏水表面具有防结冰、防腐和自清洁以及降低流动阻力等优点。目前，常用化学方法、水热方法和电沉积方法来制备超疏水表面。但是现有的方法和路径所制备的超疏水材料大多数仍然存在机械耐久性和化学稳定性较差的问题，这很大程度上制约了其在科学研究领域以及实践应用领域的发展。

静电喷涂方法与这些方法相比。静电喷涂法就是将所制备的试剂通过喷枪的作用分散为微米级以及纳米级的小颗粒，然后将这些小颗粒叠加涂覆到基底上，最终会形成具有微纳米级复合阶层粗糙结构的均匀涂层。此方法具有设备成本低、工艺简单、可控性高等优点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种利用静电喷涂法制备铜基底超疏水表面的方法，使用该方法能够简单、快速地制备出超疏水表面结构的铜基底，且制备出的超疏水表面稳定性好，制备成本低，易于规模化生产。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种铜基底超疏水表面结构的制备方法，主要包括如下步骤：

第一步，进行疏水材料的制备；

第二步，对铜基底进行预处理；

第三步，将第二步处理好的铜基底进行表面的粗化处理；

第四步，利用静电喷涂机将第一步制备好的超疏水材料与固化剂以不同比例混合对铜基底进行喷涂；

第五步，将喷涂好的铜基底放入烘箱内进行固化，得到超疏水表面。

上述技术方案的所述第一步中，对疏水材料的制备包括如下操作：称取10g硬脂酸钠于200mL去离子水中，加热溶解后，配成澄清溶液；称取15g五水硫酸铜（CuSO4·5H2O）溶解到600mL去离子水中。硬脂酸钠溶液中置于70℃的磁力搅拌器中，再将无水硫酸铜溶液滴加其中，边滴加边搅拌，确保溶液中离子反应完全；磁力搅拌器搅拌15分钟，得到硬脂酸铜悬浮液；再将硬脂酸铜悬浮液多次过滤，过滤过程中用热水冲洗，除去表面大部分白色物质，过滤后将其放置于80℃的烘箱中烘干水分备用。

上述技术方案的所述第二步中，对铜基底进行预处理包括如下操作：先用0.1mol/L氢氧化钠溶液（NaOH）在60-80℃条件下对其进行化学除油，时间持续约7-8分钟；然后用60-70℃的热水对其进行流动清洗，时间持续约1-2分钟；接着用冷水冲洗约1-2分钟；之后用0.1mol/L氢氧化钠溶液（NaOH）对其进行碱腐蚀，条件为在60-80℃温度下持续5-15分钟；再用流动热水和冷水冲洗（条件同上）；然后用0.1mol/L的草酸溶液（C

上述技术方案的所述第三步中，对铜基底进行表面的粗化处理包括如下操作：在进行铜基底预处理之后，将清洗之后的铜基底浸入30wt%的过氧化氢溶液（H

上述技术方案的所述第四步中，利用静电喷涂机喷涂具体操作为：将制备好的疏水材料与固化剂以不同比例（1:3、1:4、1:5）混合后倒入静电喷涂机的下方杯桶内，打开空气压缩机，疏水材料由于压力作用从喷枪中喷出；静电喷涂机使疏水材料携带负电荷，而铜基底携带正电荷，从而使疏水材料吸附在铜基底表面，完成喷涂。

上述技术方案的所述第五步中，放入烘箱内进行固化具体操作为：将其放置在电热鼓风干燥箱中，在80℃的条件下进行12个小时左右；等待铜基底冷却后进行厚度和质量的测量，并观察疏水材料的粘合效果。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明方法使用的仪器设备均为实验室常见仪器，操作方便且所有材料也非常常见、价格低廉，因此大大降低了制备成本，便于大规模的生产制备；

2、本发明的制备方法制备铜基底超疏水表面结构的制备周期短，便于大批量生产；

3、本发明是利用简单的静电喷涂法在铜基底表面得到一层具有类似荷叶表面的结构，实现了疏水性，制备的超疏水性表面性能稳定，形成微纳米级复合阶层粗糙结构的均匀涂层，接触角可达 153.4°；

4、本发明方法还可推广用于其它金属超疏水表面的制备，应用较为广泛。

附图说明：

图1为疏水材料的制备具体制备过程；

图2为混合材料的比例为1:5时铜基表面的SEM图像；

图3为不同比例时接触角的大小及折线图；

图4为铜基底喷涂固化后水滴的形貌图。

具体实施方式：

本发明利用静电喷涂机，提供了一种利用静电喷涂法制备铜基底超疏水表面，下面将结合说明书附图对本发明进行详细说明：

本发明所设计的一种铜基底超疏水表面结构的制备方法，该方法的主要步骤包括：

本发明所要解决的技术问题就是提供一种利用静电喷涂法制备铜基底超疏水表面以增强换热的方法，使用该方法能够简单、快速地制备出超疏水表面结构的铜基底，且制备出的超疏水表面稳定性好，制备成本低，易于规模化生产。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种铜基底超疏水表面结构的制备方法，主要包括如下步骤：

第一步，进行疏水材料的制备；

第二步，对铜基底进行预处理；

第三步，将第二步处理好的铜基底进行表面的粗化处理；

第四步，利用静电喷涂机将第一步制备好的超疏水材料与固化剂以不同比例混合对铜基底进行喷涂；

第五步，将喷涂好的铜基底放入烘箱内进行固化，得到超疏水表面。

上述技术方案的所述第一步中，对疏水材料的制备包括如下操作：称取10g硬脂酸钠于200mL去离子水中，加热溶解后，配成澄清溶液；称取15g五水硫酸铜（CuSO4·5H2O）溶解到600mL去离子水中。硬脂酸钠溶液中置于70℃的磁力搅拌器中，再将无水硫酸铜溶液滴加其中，边滴加边搅拌，确保溶液中离子反应完全。磁力搅拌器搅拌15分钟，得到硬脂酸铜悬浮液。再将硬脂酸铜悬浮液多次过滤，过滤过程中用热水冲洗，除去表面大部分白色物质，过滤后将其放置于80℃的烘箱中烘干水分备用。

上述技术方案的所述第二步中，对铜基底进行预处理包括如下操作：先用0.1mol/L氢氧化钠溶液（NaOH）在60-80℃条件下对其进行化学除油，时间持续约7-8分钟；然后用60-70℃的热水对其进行流动清洗，时间持续约1-2分钟；接着用冷水冲洗约1-2分钟；之后用0.1mol/L氢氧化钠溶液（NaOH）对其进行碱腐蚀，条件为在60-80℃温度下持续5-15分钟；再用流动热水和冷水冲洗（条件同上）；然后用0.1mol/L的草酸溶液（C

上述技术方案的所述第三步中，对铜基底进行表面的粗化处理包括如下操作：在进行铜基底预处理之后，将清洗之后的铜基浸入30wt%的过氧化氢溶液（H

上述技术方案的所述第四步中，利用静电喷涂机喷涂具体操作为：将制备好的疏水材料与固化剂以不同比例（1:3、1:4、1:5）混合倒入静电喷涂机的下方杯桶内，打开空气压缩机，疏水材料由于压力作用从喷枪中喷出；静电喷涂机使疏水材料携带负电荷，而铜基携带正电荷，从而使疏水材料吸附在铜基底表面，完成喷涂。

上述技术方案的所述第五步中，放入烘箱内进行固化具体操作为：将其放置在电热鼓风干燥箱中，在80℃的条件下进行12个小时左右。等待铜基底冷却后进行厚度和质量的测量，并观察疏水材料的粘合效果。

本发明的原理如下：

首先对铜基底表面的预处理是用于去除其表面的氧化/氢氧化层，便于后续处理；

而后的表面粗化处理，是利用过氧化氢溶液（H

静电喷涂是静电喷涂机使疏水材料携带负电荷，而铜基底携带正电荷，从而使疏水材料吸附在铜基底表面，完成喷涂；

最后的放入烘箱进行固化处理是使铜基底表面发生由超亲水到超疏水的不可逆转变，从而真正获得超疏水的性质；由图3、图4可以看出，当疏水材料与固化剂的比例为1:5时，制备的超疏水性表面性能稳定，表面形成微纳米级复合阶层粗糙结构的均匀涂层，接触角达到153.4°，水在铜基底表面无法附着，形成水滴。