一种无低表面能物质添加的铜基超疏水涂层的制备方法
阅读说明：本技术 一种无低表面能物质添加的铜基超疏水涂层的制备方法 (Preparation method of copper-based super-hydrophobic coating without adding low-surface-energy substances ) 是由 江凡 匡一龙 朱天麒 龙昌万 杨欣烨 吴红艳 刘战辉 于 2021-06-30 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种无低表面能物质添加的铜基超疏水涂层的制备方法,包括：将氯化胆碱、乙二醇和氯化铜混合均匀并加热,恒温搅拌直到固体全部溶解,生成棕色粘稠的液体,得到电解液；铜片作为可溶性阳极,铜块作为阴极,浸入电解液后与电源连接,进行恒电流电沉积；电沉积后,取出样品并清洗、吹干,随后放入烘箱中进行低温热处理,即得到无低表面能物质添加的绿色制备铜基超疏水涂层。本发明以氯化胆碱-乙二醇低共熔离子液体作为电解液,采用低温热处理技术代替低表面能物质改性,最终获得超疏水铜涂层,可减少环境污染,节约成本,并且工艺简单,降低了制备铜基超疏水涂层的技术壁垒,为大规模工业化生产铜基超疏水涂层提供了保证。(The invention provides a preparation method of a copper-based super-hydrophobic coating without adding low surface energy substances, which comprises the following steps: uniformly mixing choline chloride, ethylene glycol and copper chloride, heating, and stirring at constant temperature until the solid is completely dissolved to generate brown viscous liquid to obtain electrolyte; the copper sheet is used as a soluble anode, the copper block is used as a cathode, and the copper sheet is immersed in the electrolyte and then connected with a power supply to carry out constant current electrodeposition; and after electrodeposition, taking out the sample, cleaning, drying by blowing, and then putting the sample into a drying oven for low-temperature heat treatment to obtain the green prepared copper-based super-hydrophobic coating without adding low-surface energy substances. According to the invention, choline chloride-ethylene glycol eutectic ionic liquid is used as electrolyte, low-temperature heat treatment technology is adopted to replace low-surface-energy substance modification, and finally the super-hydrophobic copper coating is obtained, so that the environmental pollution can be reduced, the cost is saved, the process is simple, the technical barrier for preparing the copper-based super-hydrophobic coating is reduced, and the guarantee is provided for large-scale industrial production of the copper-based super-hydrophobic coating.)
技术领域
本发明属于电镀工艺
技术领域
，具体涉及一种无低表面能物质添加的铜基超疏水涂层的制备方法。背景技术
超疏水性是固体表面的一种润湿行为，即表面的水接触角大于150°，滚动角小于10°。例如，天然的“荷叶效应”是典型的超疏水现象。在轻微的振动下，荷叶表面的水滴很容易带走污染物并达到自清洁的效果。此外，水黾的四肢也具有出色的超疏水性，这使它们在水上行走时不会弄湿四肢。这两个特殊特性主要归因于众多的微纳米结构。受这些自然现象的启发，将超疏水涂层颗粒状地覆盖在金属上，使其具有一些非本征的功能，例如自清洁，腐蚀防护，减少流体阻力等。
铜（Cu）是一种常见的工程材料，由于具有良好的导电性和导热性，因此广泛用于工业电线，热交换器和管道。然而，由于铜的物理和化学性质，铜容易在空气中被腐蚀，这会导致工程事故和不可估量的损失。针对这个问题，提出了在铜基体上使用超疏水涂层，以大大提高其耐蚀性。迄今为止，已经尝试了许多方法来在金属涂层上制备超疏水涂层，例如电沉积，喷涂，化学蚀刻等。其中，电沉积技术因其低成本，高效率且适于大规模制造而被广泛使用。如今，由于电解质的不同，电沉积技术主要分为水溶液电沉积和离子液体电沉积。在水溶液中电沉积，通常使用硫酸来调节电解液的pH值，实验后产生的废液对环境的污染严重，回收成本高。同时，在电沉积过程中会析出氢气，这会影响样品的性能。与水溶液中的电沉积相比，作为电沉积领域中广泛使用的离子液体电沉积具有无需调节pH值，不析氢和低能耗的优点。其中，关于离子液体电沉积的研究主要以添加低表面能物质制备超疏水涂层，在无低表面能物质添加制备超疏水涂层领域存在空白。基于此，本发明提供一种无低表面能物质添加的铜基超疏水涂层的制备方法以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种无低表面能物质添加的铜基超疏水涂层的制备方法；
本发明采用以下技术方案：
一种无低表面能物质添加的铜基超疏水涂层的制备方法，包括以下步骤：
S1、电解液的配置：将氯化胆碱、乙二醇和氯化铜混合均匀并加热到 80℃，恒温搅拌直到固体全部溶解，生成棕色粘稠的液体，得到电解液；
S2、连接电极：在S1所制备的电解液中，铜片作为可溶性阳极，铜块作为阴极，阳极和阴极间距离为3cm；
S3、电沉积：将电极浸入上述电解液后与电源连接，进行恒电流电沉积；
S4、取出样品：电沉积后，取出样品，并将样品清洗、吹干；
S5、后处理：将S4中吹干后的样品放入烘箱中进行低温热处理，即得到无低表面能物质添加的绿色制备铜基超疏水涂层。
进一步的，S1中，氯化胆碱、乙二醇和氯化铜的混合摩尔比例为20:40:1。
进一步的，S2中，阳极和阴极在连接前进行电极前处理，具体为将铜片和铜块经过1000#、1500#、2000#的SiC砂纸机械打磨后，乙醇超声清洗30分钟后水洗，然后10%盐酸溶液酸洗30s后水洗，吹干备用。
进一步的，S3中，恒电流密度为6-10 mA/cm2，电沉积温度为60-70℃，电沉积时间为6-10分钟。
进一步的，S4中，将电沉积后的样品依次在酒精、去离子水中超声清洗20min，吹干。
进一步的，S5中，低温热处理温度为120-180 ℃，热处理时间为40-80min。
本发明的有益效果：
（1）与现有技术相比，本发明以氯化胆碱-乙二醇低共熔离子液体作为电解液，采用低温热处理技术代替低表面能物质改性，最终获得超疏水铜涂层，无需添加低表面能物质，在对环境减少污染的同时，降低了实验成本；
（2）本发明设计合理，具有成本低及绿色环保的优点，并且工艺简单，极大的降低了制备铜基超疏水涂层的技术壁垒，为未来大规模工业化生产铜基超疏水涂层提供了保证。
附图说明
：图1为本发明实施例1中得到的铜基超疏水涂层的接触角和滚动角图；
图2为本发明实施例2中得到的铜基超疏水涂层的接触角和滚动角图；
图3为本发明实施例3中得到的铜基超疏水涂层的接触角和滚动角图。
具体实施方式
：
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供一种无低表面能物质添加的铜基超疏水涂层的制备方法，包括以下步骤：
（1）电解液的配置：将氯化胆碱、乙二醇和氯化铜以摩尔比20:40:1混合均匀并加热到 80℃，恒温搅拌直到固体全部溶解，生成棕色粘稠的液体，得到电解液；
（2）电极前处理，具体为将铜片和铜块经过1000#、1500#、2000#的SiC砂纸机械打磨后，乙醇超声清洗30分钟后水洗，然后10%盐酸溶液酸洗30s后水洗，吹干备用；
（3）连接电极：在步骤（1）所制备的电解液中，铜片作为可溶性阳极，铜块作为阴极，阳极和阴极间距离为3cm，；
S3、电沉积：将电极浸入上述电解液后与电源连接，进行恒电流电沉积，恒电流密度为6 mA/cm2，电沉积温度为60℃，电沉积时间为6分钟；
S4、取出样品：电沉积后，取出样品，并依次在酒精、去离子水中超声清洗20min，吹干；
S5、后处理：将S4中吹干后的样品放入烘箱中进行低温热处理，低温热处理温度为120℃，热处理时间为40min，即得到无低表面能物质添加的绿色制备铜基超疏水涂层。
本实施例所制备的铜基超疏水涂层的接触角和滚动角见图1，接触角为151.46°，滚动角为8.7°，可以发现所得涂层的接触角大于150°，滚动角小于10°，表现出超疏水性。
实施例2
本实施例提供一种无低表面能物质添加的铜基超疏水涂层的制备方法，包括以下步骤：
（1）电解液的配置：将氯化胆碱、乙二醇和氯化铜以摩尔比20:40:1混合均匀并加热到 80℃，恒温搅拌直到固体全部溶解，生成棕色粘稠的液体，得到电解液；
（2）电极前处理，具体为将铜片和铜块经过1000#、1500#、2000#的SiC砂纸机械打磨后，乙醇超声清洗30分钟后水洗，然后10%盐酸溶液酸洗30s后水洗，吹干备用；
（3）连接电极：在步骤（1）所制备的电解液中，铜片作为可溶性阳极，铜块作为阴极，阳极和阴极间距离为3cm，；
S3、电沉积：将电极浸入上述电解液后与电源连接，进行恒电流电沉积，恒电流密度为8 mA/cm2，电沉积温度为65℃，电沉积时间为8分钟；
S4、取出样品：电沉积后，取出样品，并依次在酒精、去离子水中超声清洗20min，吹干；
S5、后处理：将S4中吹干后的样品放入烘箱中进行低温热处理，低温热处理温度为150℃，热处理时间为60min，即得到无低表面能物质添加的绿色制备铜基超疏水涂层。
本实施例所制备的铜基超疏水涂层的接触角和滚动角见图2，接触角为154.19°，滚动角为6.2°，可以发现所得涂层的接触角大于150°，滚动角小于10°，表现出超疏水性。
实施例3
本实施例提供一种无低表面能物质添加的铜基超疏水涂层的制备方法，包括以下步骤：
（1）电解液的配置：将氯化胆碱、乙二醇和氯化铜以摩尔比20:40:1混合均匀并加热到 80℃，恒温搅拌直到固体全部溶解，生成棕色粘稠的液体，得到电解液；
（2）电极前处理，具体为将铜片和铜块经过1000#、1500#、2000#的SiC砂纸机械打磨后，乙醇超声清洗30分钟后水洗，然后10%盐酸溶液酸洗30s后水洗，吹干备用；
（3）连接电极：在步骤（1）所制备的电解液中，铜片作为可溶性阳极，铜块作为阴极，阳极和阴极间距离为3cm，；
S3、电沉积：将电极浸入上述电解液后与电源连接，进行恒电流电沉积，恒电流密度为10mA/cm2，电沉积温度为70℃，电沉积时间为10分钟；
S4、取出样品：电沉积后，取出样品，并依次在酒精、去离子水中超声清洗20min，吹干；
S5、后处理：将S4中吹干后的样品放入烘箱中进行低温热处理，低温热处理温度为180℃，热处理时间为80min，即得到无低表面能物质添加的绿色制备铜基超疏水涂层。
本实施例所制备的铜基超疏水涂层的接触角和滚动角见图3，接触角为156.14，滚动角为6.5°，可以发现所得涂层的接触角大于150°，滚动角小于10°，表现出超疏水性。
本发明针对现有技术中电沉积超疏水涂层过程中的工艺复杂性和环境污染性等问题进行探索，来实现绿色无污染的制备超疏水铜涂层的目的。本发明首先以绿色低共熔离子液体作为电解液，取代了传统重污染的水溶液电沉积，其次通过低温热处理技术来替代低表面能物质的添加，进一步的减小了铜基超疏水涂层制备过程中对环境的污染，为最终工业化绿色生产铜基超疏水涂层提供一个解决方案。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。