铜基超疏水表面改性.ppt

超疏水铜基材料的制备与性能 李赛 2016/12/01 1、简介 2、实验 3、结果与讨论 4、结论 目 录 1、简介 超疏水表面是指与水的静态接触角大于150°， 滚动角小于10° 的表面 水滴同时达到临界接触角时才会向下滑动，此时的倾斜角为滚动角（α） 目前为止，人工构建超疏水表面的方法主要有: 氧化还原法、模板印刷法、溶胶凝胶法和纳米颗粒改性法等。人工超疏水表面在材料防腐蚀、油水分离、防结霜等领域具有广阔的应用前景。 从实际应用角度考虑 人工超疏水表面的耐久性和稳定性比较差，表面受损时容易失去超疏水特性，这极大地限制了超疏水材料的应用。 图4.12 Ni/Si0:复合镀层表面水滴接触角图片:(a)打磨之前，(b)打磨之后 2、实验 150 Mpa ( 12. 5 ×12. 5 × 4 )mm3 超疏水的长效性和稳定性表征与评价 通过对制备的超疏水铜基试样表面进行打磨、室温下放置、用水浸泡及用不同酸碱性的水进行接触角测试，来对所制备的铜基材料表面超疏水特性的长效性和稳定性进行评价。 试样表征 用接触角测量仪( DSA100) 测量试样表面的接触角 用X 射线衍射仪( XRD-7000L，岛津) 测试其相结构 用傅里叶变换红外光谱仪( FT-IR，VER-TEX 70) 分析其化学结构，用冷场发射型扫描电子显微镜 ( FE-SEM， JSM-6701F) 观察试样形貌。 3、结果与讨论 由于Cu(OH)2不稳定，其在加热至60 ～ 120 ℃会发生分解而生成黑色CuO 在正十二烷基硫醇处理后的铜粉的红外光谱，在2920 cm －1和2850 cm －1处分别出现了较强的-CH2-的反对称伸缩振动峰和对称伸缩振动峰，在1467 cm －1处出现了较强的-CH3-的伸缩振动峰。 在红外光谱中，3445 cm －1处出现了Cu-OH 和Ag-OH 的伸缩 振动吸收峰。 图4 铜基表面放大不同倍数的SEM 照片( a，b，c) 和润湿性照片( d) 由于改性铜基材料表面存在着微米-纳米二级复合结构，而在其表面又组装上了疏水性的正十二烷基硫醇长链经测试得知铜基试样的表面接 触角可达153. 2°，滚动角小于7° 铜基材料表面超疏水特性的长效性和稳定性 图5 超疏水铜基表面的润湿性照片( a) 打磨前后的样品( 右侧为打磨前，左侧为打磨后) ;( b) 新制备的试样( c) 放置一年以后的试样 由于所制得的超疏水铜基试样其内部和表面具有相同的微结构和化学组成，所以即使其表面受到某种形式的破坏，其暴露出的新表面仍然具有超疏水性能。 图6 超疏水铜基材料的浸泡照片 将超疏水铜基试样在水溶液中进行长时间浸泡处理，以此进一步衡量其超疏水特性的稳定性。浸泡前，试样的接触角为153. 2°，浸泡半个月( 如图6所示) 后取出，晾干测试其接触角，其值仍然可达到152. 5°。这表明铜基超疏水试样的浸泡稳定性也很好。 图7 酸碱性对超疏水铜基试样表面接触角的影响 水滴的酸碱性越强，对试样接触角影响越明显，试样的疏水性能随着水滴酸碱性 的增加而逐渐降低。 原因如下: 因为正十二烷基硫醇通过Ag-S 和Cu-S 键将烃基长链组装连接到铜基材料表面。在中性溶液中，Ag-S 和Cu-S 键十分稳定，因此，疏水长链能够稳定组装在铜基材料表面，因而其疏水性能较强，表面呈现出超疏水特性。 当溶液的酸碱性增大时，Ag-S 和Cu-S 键在OH－和H+ 的作用下会发生断裂，因而部分烃基疏水长链便发生解离而脱离铜基材料表面，使得铜基试样表面的疏水性能降低。并且溶液的酸碱性越强破坏力越大，试样的接触角下降越明显。 4、结论 1、在用化学氧化和分子组装方法对铜粉进行修饰改 性后， 新型铜基超疏水材料。其与水的静态接触角可达到153. 2°，滚动角小于7°。 2、试样在经过表面打磨、空气中放置一年、以及在水中长时间浸泡后，其表面仍然可以保持很好的超疏水性。 3、该超疏水材料在较宽的pH 值范围内( pH =2－12) 可以保持良好的疏水性能。 参考文献 [1] 胡克. 电刷镀流镀法制备铜基底超疏水表面[C]. 大连理工大学. 2014,43-51. [2] 杨梅, 强小虎, 冯利邦, 刘艳花, 王彦平.超疏水铜基材料的制备与性能[J].材料热 处理学报.2016,37(1): 45-49.