長效超疏水銅基材料的制備與性能研究.pdf

1、本研究采用兩種方案對銅粉進行改性，通過對兩種方案制備過程中的工藝條件進行優(yōu)化最終制備得到了超疏水銅基材料，并對制備得到的超疏水試樣的相結構、化學結構、表面相貌進行了研究。此外，對兩種方案制備出的試樣的超疏水表面的長效性和穩(wěn)定性、對于污染物的自清潔能力、以及超疏水性能的可再生能力進行了研究，并對機理進行了探討。主要研究內(nèi)容和結果如下：
　?。?）將銅粉先進行清洗，然后利用NaOH/(NH4)2S2O8以及硝酸銀將銅粉進行氧化，后通過

2、十二烷基硫醇的乙醇溶液進行處理。最后，再通過壓制成型制備銅基超疏水材料（簡稱方案一）。通過單因素法考察了各個工藝條件的影響并得到最佳實驗工藝條件：當NaOH/(NH4)2S2O8的濃度分別為0.6 mol/L/0.26 mol/L、硝酸銀濃度為0.03 mol/L、十二烷基硫醇濃度為0.15 mol/L、浸泡時間為24 h、壓強為150 MPa時得到了接觸角為153.2°、滾動角為7°的超疏水銅基材料。通過XRD，EDS對超疏水試樣每一

3、步驟下的銅粉的相結構和化學成分進行了分析，再通過FT-IR對十二烷基硫醇組裝前后的銅粉的化學結構進行分析，發(fā)現(xiàn)十二烷基硫醇的長鏈成功組裝到了銅粉表面。通過SEM觀察所制備超疏水試樣的表面形貌，可以發(fā)現(xiàn)，銅基材料表面呈現(xiàn)出類似手指狀的微米-納米二級粗糙結構，而單個手指狀結構的長度為1-3μm，寬度為60 nm左右。這種微觀結構及組裝的疏水烴基長鏈是銅基材料具有超疏水性能的根本原因。
　?。?）將方案一中的制備方法繼續(xù)簡化，將清洗后銅

4、粉僅采用硝酸銀氧化然后通過十二烷基硫醇改性，再通過壓制構建得到接觸角為155.2°、滾動角為5°的銅基超疏水表面（簡稱方案二）。采用單因素法得到的最佳工藝條件為：硝酸銀濃度為0.03 mol/L，十二烷基硫醇濃度為0.15 mol/L，浸泡時間為16 h，壓強為80 MPa。超疏水試樣通過XRD、FT-IR和EDS對不同處理方法下的銅粉的相結構和化學成分進行了分析，并利用掃描電鏡觀察了所制備的超疏水銅基材料的表面形貌，結果表明：超疏水銅

5、基試樣表面存在大量的突起，這些突起構成了類似花菜狀的微米-納米二級粗糙結構，其上組裝了十二烷基硫醇長鏈，從而賦予這種銅基材料具有超疏水性能。
　?。?）對制備的超疏水銅基材料的超疏水特性的長效性和穩(wěn)定性進行了考察，發(fā)現(xiàn)制備的超疏水銅基材料放置10個月以上依然呈現(xiàn)出良好的超疏水性能，表明兩種方案制備的試樣具有長效穩(wěn)定性。將兩種方案制備的試樣在蒸餾水中浸泡一個月后，方案一的試樣在20天內(nèi)接觸角仍可達到150°以上，方案二則是15天。這

6、說明兩種方案制備的超疏水試樣均具有良好的浸泡穩(wěn)定性。此外，我們將不同pH的酸堿溶液滴在兩種方案制備的超疏水試樣上，發(fā)現(xiàn)當pH為3-14時兩種方案制備的銅基材料依然可以保持良好的疏水性能。
　　（4）研究考察了所制備的超疏水銅基材料的自清潔性能和可再生性能。在超疏水銅基材料表面上鋪撒上煙灰和粉筆末并傾斜大約5°時，水滴滴在表面后會快速滾動并將污染物顆粒粘在水滴表面而帶離，從而使超疏水銅基材料表現(xiàn)出優(yōu)異的自清潔性能。我們利用手指摁壓，