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《西北农林科技大学》 2011年
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铜表面复合超输水薄膜的制备及表征

王景刚  
【摘要】:近年来,超疏水表面由于其卓越的自清洁能力、拒水能力和特殊的摩擦性能而受到广泛的关注。铜是一种重要的工业原料,其在导线、微电极的制造及微电子等领域有着极其重要的应用价值,但和其他金属一样,铜的表面容易被污染、腐蚀。通过在铜表面制备具有超疏水性能的有机硅烷薄膜,不仅能极大的增强铜的自清洁能力和缓蚀能力,而且几乎不会影响铜的金属光泽。本实验的目的是寻求一种成本低廉、操作简单的制备铜超疏水表面的方法。 首先,从选择基底和自组装化合物入手,选择了出厂后表面粗糙度在5.5μm-7.5μm的铜箔作为自组装基底省去了打磨等粗糙处理的步骤。通过对文献的检索和分析,我们选择了水解后含有-SH、-OH双活性基团的(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷(MPTS)和水解后含有单活性基团(-OH)的正辛基三乙氧基硅烷(OS)作为自组装化合物。MPTS有毒性、恶臭,因此不宜大量使用,但其所含的-SH被证明能和贵金属如Au、Ag、Cu等形成稳定的结合;OS无法直接和Cu通过自组装形成稳定结合,但其具有价格便宜,含有长疏水碳链的优势。因此,我们通过层层自组装的方法在铜表面制备了MPTS/OS复合超疏水膜。这种方法与常规的采用含氟有机物制备超疏水表面的方法相比,具有成本较低的优势。 其次,我们对成膜方法和工艺进行了探索、优化,得出了一条制备铜超疏水表面的路线。将MPTS配制成MPTS、去离子水和无水乙醇比例为1:5:94(v/v/v)的溶液,水解24h;OS配制成OS、去离子水、无水乙醇比例为5:20:75(v/v/v)的溶液,调节pH至4.0,水解76h;铜基底丙酮超声清洗15min脱脂,以HNO_3(6.5 wt.%)刻蚀60s,自来水终止反应、去离子水超声清洗5min。刻蚀后的基底以MPTS水解溶液自组装24h、无水乙醇冲洗、空气吹干,再自组装OS水解溶液20min、无水乙醇冲洗、空气吹干、120℃固化10min,重复OS自组装过程3次。水解和自组装过程均在35℃水浴中进行。 最后,通过接触角仪、扫描电镜、红外光谱和海水实验对超疏水表面的性能进行了测试。结果证明,自组装MPTS/OS复合膜的基底表面静态水接触角达到158.6°,滚动角3°;经过刻蚀的基底表面产生了腐蚀坑和凹槽,获得了纳米-微米阶层复合粗糙结构,自组装硅烷膜后,基底表面覆盖了一层半透明的硅烷聚合膜;红外光谱显示基底表面含有大量的缔合羟基和亚甲基,并且含有Si-O-Si的结构;海水试验证明单独组装MPTS或OS无法增强铜表面的缓蚀能力,自组装MPTS/OS复合膜能有效的增强铜表面的缓蚀能力。 本论文的创新点: (1)选择本身具有一定粗糙度的铜箔作为基底,省去了对基底的打磨等粗糙处理的步骤;(2)选择了含有双活性基团的MPTS作为连接物,以一种不易与铜发生结合的较为廉价的有机硅烷(OS)在铜表面制备了具有超疏水性能的复合薄膜。
【学位授予单位】:西北农林科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TB383.2

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