專利名稱：采用水電解液在銅基體上制備超疏水表面的電化學(xué)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及ー種采用水電解液在銅基體上制備超疏水表面的電化學(xué)方法。
背景技術(shù)：
自然界的很多植物例如荷葉均展示了超常的超疏水性能，它的接觸角高達(dá)150°以上和滾動(dòng)角低于3°。受此激發(fā)，研究學(xué)者開展了超疏水特性的研究，目前這個(gè)方向已經(jīng)發(fā)展成為表面科學(xué)的ー個(gè)研究熱點(diǎn)問題。結(jié)果發(fā)現(xiàn)超疏水特性 主要取決于化學(xué)組成和微觀結(jié)構(gòu)，一般采用在粗糙表面上修飾低表面能物質(zhì)或在超疏水材料表面構(gòu)建粗糙結(jié)構(gòu)來構(gòu)建超疏表面。目前，形成的制備方法主要有有電沉積、化學(xué)氣相沉積、等離子刻蝕、陽極氧化、化學(xué)腐蝕、激光處理、電紡絲、溶膠凝膠等等，然而，這些方法還存在一些缺點(diǎn)，例如昂貴的材料、復(fù)雜的エ藝控制和需要使用模板劑，這些都嚴(yán)重阻礙了其在工程中的大規(guī)模應(yīng)用。因此，采用ー種高效、價(jià)廉、簡(jiǎn)單、方便的方法來構(gòu)造合適的粗糙的表面結(jié)構(gòu)，在エ業(yè)大尺度的應(yīng)用中具有明顯的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供ー種方法簡(jiǎn)單，制備時(shí)間短，成本低，易于實(shí)現(xiàn)大尺度的エ業(yè)化生產(chǎn)要求的采用水電解液在銅基體上制備超疏水表面的電化學(xué)方法。采用該方法在銅基體上制備的硫酸銅和十四酸銅微/納米結(jié)構(gòu)的超疏水表面，接觸角可達(dá)152°以上。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是ー種采用水電解液在銅基體上制備超疏水表面的電化學(xué)方法，其特征在于，該方法包括以下步驟步驟一、將氫氧化鉀和過硫酸鉀溶解于蒸餾水中，攪拌均勻后得到溶液A;所述溶液A中氫氧化鉀的濃度為O. 03mol/L O. 2mol/L,過硫酸鉀的濃度為O. 035mol/L O.lmol/L ；步驟ニ、將十四酸溶解于無水こ醇中，攪拌均勻后得到溶液B ;所述溶液B中十四酸的濃度為O. 01mol/L O. 4mol/L ；步驟三、將兩塊銅基體用水砂紙打磨，以去除銅基體表面的氧化層，然后將打磨后的兩塊銅基體依次用蒸餾水和無水こ醇沖洗干凈，吹干待用；步驟四、將步驟一中所述溶液A置于電解槽中作為電解液，將步驟三中吹干后的兩塊銅基體分別作為陽極和陰極與直流電源的正負(fù)極相連接，并調(diào)節(jié)兩塊銅基體正對(duì)平行放置且兩塊銅基體之間的距離為25mm 35mm,打開直流電源,在電壓為5V 15V的條件下電解5s 120s ；步驟五、將步驟四中經(jīng)電解后的陽極銅基體依次用蒸餾水和無水こ醇沖洗干凈，然后將步驟ニ中所述溶液B均勻涂抹于沖洗干凈后的陽極銅基體表面，晾干，得到具有表面接觸角達(dá)到152°以上的超疏水表面的銅基體。
上述的采用水電解液在銅基體上制備超疏水表面的電化學(xué)方法，步驟一中所述溶液A中氫氧化鉀的濃度為O. lmol/L。上述的采用水電解液在銅基體上制備超疏水表面的電化學(xué)方法，步驟一中所述溶液A中過硫酸鉀的濃度為O. 05mol/L。上述的采用水電解液在銅基體上制備超疏水表面的電化學(xué)方法，步驟ニ中所述溶液B中十四酸的濃度為O. lmol/L。上述的采用水電解液在銅基體上制備超疏水表面的電化學(xué)方法，步驟四中所述兩塊銅基體之間的距離為30mm。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)I、本發(fā)明的方法簡(jiǎn)單，制備時(shí)間短，成本低，效率高，本發(fā)明采用蒸餾水作為電解 液的溶剤，比采用其他試劑(如無水こ醇)更加經(jīng)濟(jì)，方便；另外，采用蒸餾水作為電解液的溶剤，電解過程中所需電壓低，操作更安全。2、本發(fā)明突破了以往需要酸性電解液的限制，首次在堿性溶液中構(gòu)建出硫酸銅和十四酸銅微/納米結(jié)構(gòu)的超疏水表面，易于實(shí)現(xiàn)大尺度的低成本的エ業(yè)化生產(chǎn)要求。3、本發(fā)明的方法比基于無水こ醇電解液的電化學(xué)方法更加快速，電解5s 120s即可。4、采用本發(fā)明的方法在銅基體上制備的硫酸銅和十四酸銅微/納米結(jié)構(gòu)的超疏水表面，接觸角可達(dá)152°以上，并且在常規(guī)條件下放置一年后超疏水性能保持穩(wěn)定。下面結(jié)合附圖
和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)ー步的詳細(xì)說明。說明書附I是本發(fā)明實(shí)施例2制備的超疏水表面的掃描電鏡圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例5制備的超疏水表面的掃描電鏡圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I步驟一、將O. 56g氫氧化鉀和I. 35g過硫酸鉀粉末溶解于蒸餾水中，定容至IOOmL,攪拌均勻后得到氫氧化鉀濃度為O. lmol/L，過硫酸鉀濃度為0. 05mol/L的溶液A ;步驟ニ、將2. 28g的十四酸溶解于無水こ醇中，定容至IOOmL,攪拌均勻后得到十四酸濃度為0. lmol/L的溶液B ；步驟三、將兩塊大小為50mmX25mmXl· 5mm的銅基體用水砂紙打磨，以去除銅基體表面的氧化層，然后將打磨后的兩塊銅基體依次用蒸餾水和無水こ醇沖洗干凈，吹干待用；步驟四、將步驟一中所述溶液A置于電解槽中作為電解液，將步驟三中吹干后的兩塊銅基體插入電解液中，并分別作為陽極和陰極與直流電源的正負(fù)極相連接，調(diào)節(jié)兩塊銅基體正對(duì)平行放置且兩塊銅基體之間的距離為30mm，打開直流電源，在電壓為5V的條件下電解20s ；步驟五、將步驟四中經(jīng)電解后的陽極銅基體依次用蒸餾水和無水こ醇沖洗干凈，然后將步驟ニ中所述溶液B均勻涂抹于沖洗干凈后的陽極銅基體表面，晾干，得到具有超疏水表面的銅基體。實(shí)施例2
步驟一、將O. 56g氫氧化鉀和I. 35g過硫酸鉀粉末溶解于蒸餾水中，定容至IOOmL,攪拌均勻后得到氫氧化鉀濃度為O. lmol/L，過硫酸鉀濃度為O. 05mol/L的溶液A ;步驟ニ、將2. 28g的十四酸溶解于無水こ醇中，定容至IOOmL,攪拌均勻后得到十四酸濃度為0. lmol/L的溶液B ；步驟三、將兩塊大小為50mmX25mmXl· 5mm的銅基體用水砂紙打磨，以去除銅基體表面的氧化層，然后將打磨后的兩塊銅基體依次用蒸餾水和無水こ醇沖洗干凈，吹干待用；步驟四、將步驟一中所述溶液A置于電解槽中作為電解液，將步驟三中吹干后的兩塊銅基體插入電解液中，并分別作為陽極和陰極與直流電源的正負(fù)極相連接，調(diào)節(jié)兩塊銅基體正對(duì)平行放置且兩塊銅基體之間的距離為30mm，打開直流電源，在電壓為5V的條件下電解50s ； 步驟五、將步驟四中經(jīng)電解后的陽極銅基體依次用蒸餾水和無水こ醇沖洗干凈，然后將步驟ニ中所述溶液B均勻涂抹于沖洗干凈后的陽極銅基體表面，晾干，得到具有超疏水表面的銅基體。圖I是本實(shí)施例制備的超疏水表面的掃描電鏡圖，從圖中可以看出，在基底表面上隨機(jī)分布著稀疏細(xì)小的絮狀結(jié)構(gòu)，這些絮狀團(tuán)簇形成一個(gè)復(fù)雜的粗糙結(jié)構(gòu)，這極大地增加了儲(chǔ)存空氣的能力。該結(jié)構(gòu)與低表面能的十四酸結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)了銅基體表面的超疏水性能。實(shí)施例3步驟一、將0. 168g氫氧化鉀和2. 7g過硫酸鉀粉末溶解于蒸餾水中，定容至IOOmL,攪拌均勻后得到氫氧化鉀濃度為0. 03mol/L，過硫酸鉀濃度為0. lmol/L的溶液A ;步驟ニ、將0. 228g的十四酸加入無水こ醇中，定容至IOOmL,攪拌均勻后得到十四酸濃度為0. 01mol/L的溶液B ；步驟三、將兩塊大小為50mmX25mmXl· 5mm的銅基體用水砂紙打磨，以去除銅基體表面的氧化層，然后將打磨后的兩塊銅基體依次用蒸餾水和無水こ醇沖洗干凈，吹干待用；步驟四、將步驟一中所述溶液A置于電解槽中作為電解液，將步驟三中吹干后的兩塊銅基體插入電解液中，并分別作為陽極和陰極與直流電源的正負(fù)極相連接，調(diào)節(jié)兩塊銅基體正對(duì)平行放置且兩塊銅基體之間的距離為25mm，打開直流電源，在電壓為5V的條件下電解90s ；步驟五、將步驟四中經(jīng)電解后的陽極銅基體依次用蒸餾水和無水こ醇沖洗干凈，然后將步驟ニ中所述溶液B均勻涂抹于沖洗干凈后的陽極銅基體表面，晾干，得到具有超疏水表面的銅基體。實(shí)施例4步驟一、將I. 12g氫氧化鉀和0.945g過硫酸鉀粉末溶解于蒸餾水中，定容至IOOmL,攪拌均勻后得到氫氧化鉀濃度為0. 2mol/L，過硫酸鉀濃度為0. 035mol/L的溶液A ;步驟ニ、將9. 12g的十四酸加入無水こ醇中，定容至IOOmL,攪拌均勻后得到十四酸濃度為0. 4mol/L的溶液B;步驟三、將兩塊大小為50mmX25mmXl· 5mm的銅基體用水砂紙打磨，以去除銅基體表面的氧化層，然后將打磨后的兩塊銅基體依次用蒸餾水和無水こ醇沖洗干凈，吹干待用；步驟四、將步驟一中所述溶液A置于電解槽中作為電解液，將步驟三中吹干后的兩塊銅基體插入電解液中，并分別作為陽極和陰極與直流電源的正負(fù)極相連接，調(diào)節(jié)兩塊銅基體正對(duì)平行放置且兩塊銅基體之間的距離為35mm，打開直流電源，在電壓為5V的條件下電解120s ；步驟五、將步驟四中經(jīng)電解后的陽極銅基體依次用蒸餾水和無水こ醇沖洗干凈，然后將步驟ニ中所述溶液B均勻涂抹于沖洗干凈后的陽極銅基體表面，晾干，得到具有超疏水表面的銅基體。實(shí)施例5
步驟一、將O. 56g氫氧化鉀和I. 35g過硫酸鉀粉末溶解于蒸餾水中，定容至IOOmL,攪拌均勻后得到氫氧化鉀濃度為O. lmol/L，過硫酸鉀濃度為O. 05mol/L的溶液A ;步驟ニ、將2. 28g的十四酸溶解于無水こ醇中，定容至IOOmL,攪拌均勻后得到十四酸濃度為0. lmol/L的溶液B ；步驟三、將兩塊大小為50mmX25mmXl· 5mm的銅基體用水砂紙打磨，以去除銅基體表面的氧化層，然后將打磨后的兩塊銅基體依次用蒸餾水和無水こ醇沖洗干凈，吹干待用；步驟四、將步驟一中所述溶液A置于電解槽中作為電解液，將步驟三中吹干后的兩塊銅基體插入電解液中，并分別作為陽極和陰極與直流電源的正負(fù)極相連接，調(diào)節(jié)兩塊銅基體正對(duì)平行放置且兩塊銅基體之間的距離為30mm，打開直流電源，在電壓為10V的條件下電解5s ;步驟五、將步驟四中經(jīng)電解后的陽極銅基體依次用蒸餾水和無水こ醇沖洗干凈，然后將步驟ニ中所述溶液B均勻涂抹于沖洗干凈后的陽極銅基體表面，晾干，得到具有超疏水表面的銅基體。圖2是本實(shí)施例制備的超疏水表面的掃描電鏡圖，從圖中可以看出，其微觀結(jié)構(gòu)過于平坦，這種結(jié)構(gòu)增大了水滴與銅板表面的接觸面積，也使得其疏水性能極大的下降。然而該結(jié)構(gòu)進(jìn)一歩與低表面能的十四酸結(jié)合，也實(shí)現(xiàn)了銅基體表面的超疏水性能。實(shí)施例6步驟一、將0. 28g氫氧化鉀和2. 16g過硫酸鉀粉末溶解于蒸餾水中，定容至IOOmL,攪拌均勻后得到氫氧化鉀濃度為0. 05mol/L，過硫酸鉀濃度為0. 08mol/L的溶液A ;步驟ニ、將4. 56g的十四酸加入無水こ醇中，定容至IOOmL,攪拌均勻后得到十四酸濃度為0. 2mol/L的溶液B;步驟三、將兩塊大小為50mmX25mmXl· 5mm的銅基體用水砂紙打磨，以去除銅基體表面的氧化層，然后將打磨后的兩塊銅基體依次用蒸餾水和無水こ醇沖洗干凈，吹干待用；步驟四、將步驟一中所述溶液A置于電解槽中作為電解液，將步驟三中吹干后的兩塊銅基體插入電解液中，并分別作為陽極和陰極與直流電源的正負(fù)極相連接，調(diào)節(jié)兩塊銅基體正對(duì)平行放置且兩塊銅基體之間的距離為35mm，打開直流電源，在電壓為10V的條件下電解15s ；
步驟五、將步驟四中經(jīng)電解后的陽極銅基體依次用蒸餾水和無水こ醇沖洗干凈，然后將步驟ニ中所述溶液B均勻涂抹于沖洗干凈后的陽極銅基體表面，晾干，得到具有超疏水表面的銅基體。實(shí)施例7步驟一、將O. 84g氫氧化鉀和I. 89g過硫酸鉀粉末溶解于蒸餾水中，定容至IOOmL,攪拌均勻后得到氫氧化鉀濃度為O. 15mol/L，過硫酸鉀濃度為O. 07mol/L的溶液A ;步驟ニ、將3. 42g的十四酸加入無水こ醇中，定容至IOOmL,攪拌均勻后得到十四酸濃度為O. 15mol/L的溶液B ；步驟三、將兩塊大小為50mmX25mmXl· 5mm的銅基體用水砂紙打磨，以去除銅基體表面的氧化層，然后將打磨后的兩塊銅基體依次用蒸餾水和無水こ醇沖洗干凈，吹干待 用；步驟四、將步驟一中所述溶液A置于電解槽中作為電解液，將步驟三中吹干后的兩塊銅基體插入電解液中，并分別作為陽極和陰極與直流電源的正負(fù)極相連接，調(diào)節(jié)兩塊銅基體正對(duì)平行放置且兩塊銅基體之間的距離為28mm，打開直流電源，在電壓為15V的條件下電解5s ;步驟五、將步驟四中經(jīng)電解后的陽極銅基體依次用蒸餾水和無水こ醇沖洗干凈，然后將步驟ニ中所述溶液B均勻涂抹于沖洗干凈后的陽極銅基體表面，晾干，得到具有超疏水表面的銅基體。對(duì)本發(fā)明實(shí)施例I至實(shí)施例7制備的具有超疏水表面的銅基體進(jìn)行接觸角檢測(cè)，結(jié)果見下表表I實(shí)施例I至實(shí)施例7制備的具有超疏水表面的銅基體的接觸角
權(quán)利要求
1.ー種采用水電解液在銅基體上制備超疏水表面的電化學(xué)方法，其特征在于，該方法包括以下步驟 步驟一、將氫氧化鉀和過硫酸鉀溶解于蒸餾水中，攪拌均勻后得到溶液A;所述溶液A中氫氧化鉀的濃度為O. 03mol/L O. 2mol/L,過硫酸鉀的濃度為O. 035mol/L O. lmol/L ； 步驟ニ、將十四酸溶解于無水こ醇中，攪拌均勻后得到溶液B ;所述溶液B中十四酸的濃度為 O. Olmol/L O. 4mol/L ； 步驟三、將兩塊銅基體用水砂紙打磨，以去除銅基體表面的氧化層，然后將打磨后的兩塊銅基體依次用蒸餾水和無水こ醇沖洗干凈，吹干待用； 步驟四、將步驟一中所述溶液A置于電解槽中作為電解液，將步驟三中吹干后的兩塊銅基體分別作為陽極和陰極與直流電源的正負(fù)極相連接，并調(diào)節(jié)兩塊銅基體正對(duì)平行放置且兩塊銅基體之間的距離為25mm 35mm,打開直流電源,在電壓為5V 15V的條件下電解5s 120s ； 步驟五、將步驟四中經(jīng)電解后的陽極銅基體依次用蒸餾水和無水こ醇沖洗干凈，然后將步驟ニ中所述溶液B均勻涂抹于沖洗干凈后的陽極銅基體表面，晾干，得到具有表面接觸角達(dá)到152°以上的超疏水表面的銅基體。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的采用水電解液在銅基體上制備超疏水表面的電化學(xué)方法，其特征在于，步驟一中所述溶液A中氫氧化鉀的濃度為O. lmol/L。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的采用水電解液在銅基體上制備超疏水表面的電化學(xué)方法，其特征在于，步驟一中所述溶液A中過硫酸鉀的濃度為O. 05mol/L。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的采用水電解液在銅基體上制備超疏水表面的電化學(xué)方法，其特征在于，步驟ニ中所述溶液B中十四酸的濃度為O. lmol/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的采用水電解液在銅基體上制備超疏水表面的電化學(xué)方法，其特征在于，步驟四中所述兩塊銅基體之間的距離為30_。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種采用水電解液在銅基體上制備超疏水表面的電化學(xué)方法，該方法為一、將氫氧化鉀和過硫酸鉀溶解于蒸餾水中得到溶液A；二、將十四酸溶解于無水乙醇中得到溶液B；三、將兩塊銅基體用水砂紙打磨，然后依次用蒸餾水和無水乙醇沖洗干凈，吹干待用；四、將溶液A置于電解槽中作為電解液，將吹干后的兩塊銅基體分別作為陽極和陰極，電解；五、將經(jīng)電解后的陽極銅基體依次用蒸餾水和無水乙醇沖洗干凈，然后將溶液B均勻涂抹于沖洗干凈后的陽極銅基體表面，晾干，得到具有超疏水表面的銅基體。采用本發(fā)明的方法在銅基體上制備的超疏水表面，接觸角可達(dá)152°以上，并且在常規(guī)條件下放置一年后超疏水性能保持穩(wěn)定。
文檔編號(hào)C25D11/34GK102691089SQ20121020315
公開日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2012年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月19日
發(fā)明者張鵬利, 王新霞, 郝麗梅, 郭長(zhǎng)立 申請(qǐng)人:西安科技大學(xué)