銅基超疏水表面的制備及性能研究.pdf

1、銅及銅合金材料具有質(zhì)輕、可機加工性、導電性﹑導熱性﹑延展性等優(yōu)異性能，從而被廣泛應用于電子等工業(yè)領域和日常生活中，是與人類關系非常密切的有色金屬。但是在高濕低溫等復雜嚴苛的環(huán)境下，銅及其合金極易發(fā)生腐蝕和結(jié)霜結(jié)冰現(xiàn)象，這對電子器件與設備的安全穩(wěn)定運行造成威脅。于是，對銅及其合金在耐腐蝕、防霜防冰等性能方面的要求也更加迫切。針對表面的這些性能缺陷，對銅及其合金進行表面處理是一種最常見的保護措施。近年來，銅材表面的超疏水化處理是一個研究熱點

2、，大量研究發(fā)現(xiàn)，超疏水表面由于其強大的疏水特性使得水分子難以滲入超疏水表面內(nèi)部，由此提高了其耐腐蝕、防覆冰及自清潔等性能。
　　本研究旨在建立簡單經(jīng)濟的方法來構(gòu)建銅基超疏水表面，以獲得具有耐蝕、防覆冰等優(yōu)異性能的銅材，這將對潮濕低溫下銅材的使用具有十分重要的現(xiàn)實意義。主要研究內(nèi)容包括：⑴選用過硫酸銨和NaOH作為氧化劑，通過氧化處理在銅片表面構(gòu)造粗糙結(jié)構(gòu)。通過改變NaOH溶液濃度，分別形成玫瑰花狀、六方片層狀、絨球狀、納米片狀的C

3、uO薄膜，探討了CuO形成機制以及粗糙結(jié)構(gòu)對最終樣品疏水性的影響，為理性設計并精確控制氧化銅形貌提供了實驗基礎。⑵用含有20mmol/L STA的乙醇溶液對經(jīng)過氧化處理的銅基材料進行修飾處理來構(gòu)建超疏水銅基表面。通過掃描電鏡觀察到經(jīng) STA修飾后，銅片表面形成菊花狀微米級結(jié)構(gòu)，每朵“菊花”由很多直徑大約在30-50 nm左右的納米棒組成，這些納米棒向一個中心聚集而呈放射狀，構(gòu)成微-納二元分級結(jié)構(gòu)?？疾炝薙TA-乙醇溶液的浸泡時間對銅基表

4、面接觸角的影響，最終確定當浸泡時間為24h時，所得銅基材料的疏水性能最好，其水接觸角可達157.3°，滾動角小于5°。⑶利用一定濃度的硝酸銀-十二烷基硫醇對經(jīng)過氧化處理的銅基材料進行修飾處理來構(gòu)建超疏水銅基表面?？疾炝讼跛徙y-十二烷基硫醇修飾的銅片表面形貌，探索了十二烷基硫醇-乙醇溶液浸泡時間對表面接觸角的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：十二烷基硫醇修飾后，表面形成了均勻排列的納米乳突與夾雜的微孔構(gòu)成的納米空穴結(jié)構(gòu)，最終確定在十二烷基硫醇中的最佳浸泡時

5、間為8 h，此時超疏水性最好，其接觸角可達158.3°、滾動角為3°。⑷采用動態(tài)極化曲線分析了STA-乙醇溶液浸泡法制備的銅基超疏水表面的耐蝕性能。結(jié)果表明：相對于空白銅片，超疏水試樣的腐蝕電流密度降低而腐蝕電位升高，說明超疏水化處理使銅材的耐腐蝕性得到改善，緩蝕率可達到95.2％。進一步考察了不同接觸角試樣在3.5 wt%的NaCl溶液中的動態(tài)極化曲線，結(jié)果表明，隨著接觸角增大，其耐蝕性逐漸增強。⑸考察了硝酸銀-十二烷基硫醇浸泡法構(gòu)建

6、的超疏水表面在鹽水中的耐蝕穩(wěn)定性，結(jié)果表明：超疏水化處理大大提高了銅材的抗腐蝕性。通過 SEM、XRD、EDS測試對超疏水表面耐蝕機理及失效原因作了分析：銅基超疏水表面的微納結(jié)構(gòu)及低表面能的物質(zhì)，使大量空氣充斥在微結(jié)構(gòu)的縫隙和孔洞中，阻止腐蝕介質(zhì)與基底的直接接觸，有效抑制了腐蝕的發(fā)生。當腐蝕時間較長時，鹽溶液逐漸破壞了材料表面微結(jié)構(gòu)和疏水物質(zhì)，使其超疏水性能失效。⑹通過對比在低溫環(huán)境下，水滴在空白銅片和超疏水銅片表面的開始結(jié)冰時間，考察