本發(fā)明屬于表面梯度自由能材料的制備方法，具體涉及一種擁有親、疏水兩種潤濕特性的銅基板制備方法。

背景技術(shù)：

梯度自由能表面是一種結(jié)構(gòu)、組分和潤濕性等隨空間連續(xù)變化或者階梯變化的高性能材料，液滴在潤濕性發(fā)生梯度變化的材料表面受到的各個(gè)方向的表面張力不平衡，這會使液滴存在由低表面能處向高表面能處自發(fā)流動的趨勢和能力。潤濕性梯度表面在生物學(xué)、診斷學(xué)、微流體器件、液體自運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。目前，國內(nèi)外眾多學(xué)者致力于研究以硅、玻璃為基底材料的梯度表面制備方法，常用的方法包括氣相沉積法、化學(xué)修飾法、激光刻蝕法等。本發(fā)明著眼于提高換熱器的散熱性能，針對換熱器中常用的金屬(銅、鋁)作為基底材料，在金屬表面進(jìn)行親、疏水兩種潤濕特性的制備。旨在降低換熱器表面液滴的凝結(jié)，控制液滴的流動，提高換熱器的換熱效率。

雖然激光刻蝕法也能夠?qū)崿F(xiàn)在金屬表面制備梯度表面，但是該方法需要依賴于昂貴的光刻儀器，且對于制備過程中的儀器精度和基底材料要求較高，制備成品極高。而本發(fā)明所用設(shè)備操作簡單，制作成本低廉，在任意形狀的金屬基材上均可制備潤濕性梯度表面，便于在工業(yè)領(lǐng)域大范圍推廣。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種擁有親、疏水兩種潤濕特性的銅基板制備方法，液滴在梯度表面的自流動解決了換熱器表面冷凝液滴附著的問題，可提高換熱器的換熱效率。

本發(fā)明所提供的一種擁有親、疏水兩種潤濕特性的銅基板制備方法，包括如下步驟：

A、電子束蒸發(fā)鍍膜步驟：在銅基板表面鍍上設(shè)定圖案的鋁膜，得到鍍鋁銅板樣品；

B、等離子體處理步驟：將鍍鋁銅板樣品放入等離子體清洗機(jī)的腔體中，清洗干凈取出，得到極親水的銅、鋁表面；

C、制備分子自組裝薄膜(SAM)步驟：將清洗后鍍鋁銅板樣品浸入1H,1H,2H,2H-全氟十二烷硫醇(HDFT)溶液中1.5-2min取出，用二氯甲烷溶液清洗，去除表面殘留溶液，得到較強(qiáng)的疏水銅表面和極親水的鋁表面。

進(jìn)一步的，所述電子束蒸發(fā)鍍膜步驟包括下述子步驟：

A1：將銅板浸入裝有二氯甲烷溶液的容器中，放入超聲波清洗機(jī)中清洗10～20min取出；

A2：在耐200攝氏度以上的高溫薄膜材料上制作出需要鍍鋁的圖案，作為掩膜覆蓋在銅板上；

A3：將貼好掩膜的銅板放入電子束蒸發(fā)鍍膜機(jī)中進(jìn)行鍍鋁，鍍膜厚度為50～200nm；

A4：去掉銅板上的掩膜，得到帶有設(shè)定圖案的鍍鋁銅板。

進(jìn)一步的，所述等離子體處理步驟包括下述子步驟：

B1：將鍍鋁的銅板樣品放入等離子體清洗機(jī)的腔體中，關(guān)閉清洗機(jī)艙門；

B2：將清洗艙內(nèi)抽真空，之后通入氬氣和氧氣的混合氣體作為等離子體清洗的保護(hù)氣體及反應(yīng)氣體；其中，氬氣和氧氣的流量比不能低于4:1；否則氧氣含量過高易于油泵反應(yīng)產(chǎn)生副產(chǎn)物爆炸；

B3：增加等離子體清洗機(jī)功率，直至出現(xiàn)銅板樣品輝光放電現(xiàn)象，處理20-40min，使金屬表面的親水性由原來的45-50°變?yōu)?5-20°的超親水表面。

進(jìn)一步的，所述子步驟B2中，清洗艙內(nèi)真空度為100mTorr。

進(jìn)一步的，所述制備分子自組裝薄膜(SAM)步驟包括下述子步驟：

C1：將等離子體清洗后的鍍鋁銅板樣品放入HDFT和二氯甲烷的混合溶液中浸泡后取出；浸泡時(shí)間的長短決定了分子自組裝薄膜的致密程度，從而影響銅表面疏水性的強(qiáng)弱；

C2：然后將樣品放入二氯甲烷溶液中清洗干凈，放在環(huán)境中干燥，得到擁有親、疏水兩種潤濕特性的銅基板。

進(jìn)一步的，所述子步驟C1中，HDFT溶液的濃度為5.0×10^-4—1.0×10^-3mol/L。

進(jìn)一步的，所述的高溫薄膜材料為鋁箔紙。

本發(fā)明中，銅和鋁具有互換性。在上述發(fā)明中，將銅基板換成鋁基板，電子束蒸發(fā)鍍鋁膜換成鍍銅膜，即可得到擁有親、疏水兩種潤濕特性的鋁基板。

本發(fā)明簡單易操作，便于進(jìn)行大批量生產(chǎn)，制備所得的親、疏水兩種不同潤濕特性的表面能夠控制液滴的流動方向，提高換熱器的換熱效率。

附圖說明

圖1為實(shí)施例中用鋁箔紙裁剪的頂角分別為(20°、35°)的掩膜；

圖2為實(shí)施例中所制備的楔形角度的鍍鋁銅基板示意圖；

圖3為實(shí)施例中所制備的銅表面分子自組裝薄膜的原理圖；

圖4為實(shí)施例中所制備的不同楔形頂角梯度表面液滴流動距離隨時(shí)間的變化圖；

圖中標(biāo)記：20°楔形角1、35°楔形角2、銅表面3、鋁表面4、楔形頂角5。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

實(shí)施例1，包括電子束蒸發(fā)鍍膜步驟、等離子體處理步驟、制備分子自組裝薄膜(SAM)步驟及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證步驟：

A、電子束蒸發(fā)鍍膜步驟，包括下述子步驟：

子步驟A1：將通過砂紙打磨光滑的銅板30mm×30mm×1mm，浸入裝有50mL二氯甲烷(DCM,99％)溶液的燒杯中清洗，并將燒杯放入超聲波清洗機(jī)中清洗10min取出；

子步驟A2：取鋁箔紙，裁剪出需要的圖案(頂角分別為20°、35°的楔形區(qū)域)，如圖1，裁剪后的鋁箔紙作為掩膜覆蓋在銅板上；

子步驟A3：將貼好掩膜的銅板背面用高溫雙面膠固定在樣品臺上，之后放入電子束蒸發(fā)鍍膜機(jī)中進(jìn)行鍍鋁，鍍膜厚度為50nm；

子步驟A4：去掉銅板上的鋁箔掩膜，得到不同頂角的鍍鋁樣品，如圖2所示。

B、等離子體處理步驟，包括下述子步驟：

子步驟B1：將不同頂角的樣品放入等離子體清洗機(jī)(PDC-002-HP)的腔體中，關(guān)閉清洗機(jī)艙門；

子步驟B2：將清洗艙內(nèi)抽真空至100mTorr，之后將氬氣和氧氣按照流量比4:1混合后通入反應(yīng)腔，作為等離子體清洗的保護(hù)氣體及反應(yīng)氣體；

子步驟B3：將射頻發(fā)生器功率開關(guān)調(diào)至HIGH檔(功率為29.6W)，觀察到輝光放電現(xiàn)象，等待樣品處理20min。

C、分子自組裝薄膜(SAM)步驟，包括下述子步驟：

子步驟C1：將7.15μL 1H,1H,2H,2H-全氟十二烷硫醇(HDFT,97％,Aldrich)加入50mL二氯甲烷(DCM,99％)溶液中混合,得到濃度為5.0×10^-4mol/L的混合溶液，將等離子體清洗過的樣品浸泡在混合溶液中1.5min取出。如圖3，為銅表面分子自組裝薄膜制備的原理圖；

子步驟C2：用50mL二氯甲烷(99％)溶液清洗樣品2次，之后將樣品放置在環(huán)境中干燥，得到擁有親、疏水兩種潤濕特性的銅基板。

D、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證步驟，包括下述子步驟：

子步驟D1：將33μL液滴滴落在頂角為20°的楔形梯度頂角處，液滴從頂角自發(fā)的流動到親水區(qū)域；

子步驟D2：將33μL液滴滴落在頂角為35°的楔形梯度頂角處，液滴迅速地從頂角自發(fā)的流動到親水區(qū)域。

實(shí)施例2，包括電子束蒸發(fā)鍍膜步驟、等離子體處理步驟、制備分子自組裝薄膜(SAM)步驟及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證步驟：

A、電子束蒸發(fā)鍍膜步驟，包括下述子步驟：

子步驟A1：將通過砂紙打磨光滑的銅板30mm×30mm×1mm，浸入裝有50mL二氯甲烷(DCM,99％)溶液的燒杯中清洗，并將燒杯放入超聲波清洗機(jī)中清洗20min取出；

子步驟A2：如圖1，取鋁箔紙，裁剪出需要的圖案(頂角分別為20°、35°的楔形區(qū)域)，裁剪后的鋁箔紙作為掩膜覆蓋在銅板上；

子步驟A3：將貼好掩膜的銅板背面用高溫雙面膠固定在樣品臺上，之后放入電子束蒸發(fā)鍍膜機(jī)中進(jìn)行鍍鋁，鍍膜厚度為200nm；

子步驟A4：去掉銅板上的鋁箔掩膜，得到不同頂角的鍍鋁樣品，如圖2所示。

B、等離子體處理步驟，包括下述子步驟：

子步驟B1：將不同頂角的樣品放入等離子體清洗機(jī)(PDC-002-HP)的腔體中，關(guān)閉清洗機(jī)艙門；

子步驟B2：將清洗艙內(nèi)抽真空至100mTorr，之后將氬氣和氧氣按照流量比4:1混合后通入反應(yīng)腔，作為等離子體清洗的保護(hù)氣體及反應(yīng)氣體；

子步驟B3：將射頻發(fā)生器功率開關(guān)調(diào)至HIGH檔(功率為29.6W)，觀察到輝光放電現(xiàn)象，等待樣品處理40min。

C、分子自組裝薄膜(SAM)步驟，包括下述子步驟：

子步驟C1：將14.3μL 1H,1H,2H,2H-全氟十二烷硫醇(HDFT,97％,Aldrich)加入50mL二氯甲烷(DCM,99％)溶液中混合，得到濃度為1.0×10^-3mol/L的混合溶液，將等離子體清洗過的樣品浸泡在混合溶液中2min取出。如圖3，為銅表面分子自組裝薄膜制備的原理圖；

子步驟C2：用50mL二氯甲烷(99％)溶液清洗樣品2次，之后將樣品放置在環(huán)境中干燥，得到擁有親、疏水兩種潤濕特性的銅基板。

D、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證步驟，包括下述子步驟：

子步驟D1：將33μL液滴滴落在頂角為20°的楔形梯度頂角處，液滴從頂角自發(fā)的流動到親水區(qū)域；

子步驟D2：將33μL液滴滴落在頂角為35°的楔形梯度頂角處，如圖4所示，為液滴的流動距離隨時(shí)間的變化曲線。

由圖4可以看出，液滴在頂角為20°的楔形梯度表面流動時(shí)，流動的速度相較35°頂角處的液滴較慢，但是流動的距離較長。因此，可以通過改變楔形頂角的大小，來控制液滴流動的速度和距離。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。