專利名稱：一種在銅質(zhì)換熱器表面固載離子液體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可以在換熱器材料的金屬銅表面上固載離子液體的 方法。
背景技術(shù)：
很多情況下，人們需要通過調(diào)節(jié)換熱器表面的潤濕性來達到特殊的目 的。例如，增加換熱器表面的疏水性，即降低表面能，可以使蒸氣以滴狀 冷凝的方式凝結(jié)換熱，從而獲得比通常的膜狀冷凝高一個數(shù)量級的平均凝
結(jié)換熱系數(shù)；再如，在吸收式制冷的降膜吸收過程中，增加換熱器表面的 親水性有利于溴化鋰溶液鋪展成膜；又如，換熱器表面潤濕性對流動換熱 過程中流動邊界層的形態(tài)有顯著影響，疏水性壁面有利于減小水流的粘性 耗散效應(yīng)。
離子液體用作固體表面修飾劑可非常簡便地實現(xiàn)固體表面的潤濕性 調(diào)節(jié)(可參考文獻李雪輝，趙東濱，費兆福，等.離子液體的功能化及其 應(yīng)用.中國科學(xué)(B)化學(xué),2006,36(3): 181 196)，相對傳統(tǒng)的有機試劑有 較大的優(yōu)勢。Lee等(可參考文獻B S Lee, Y S Chi, J K Lee, et al. Imidazolium ion-terminated self-assembled monolayers on Au: Effects of counte認(rèn)ions on surface wettability. J.Am.Chem. Soc., 2004, 126(2):480-481) 用硫醇功能化的咪唑類離子液體在Au表面形成有序的自組裝單分子膜， 然后用離子交換法可實現(xiàn)多種離子液體的表面修飾，所獲得體系的水潤濕 性按照陰離子的疏水程度遞減> BF4_ > N03— > C104— > CF3S03_ >PF6— >(CF3S02)2N—。陽離子同樣能夠影響表面潤濕性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種在銅質(zhì)換熱器表面固載離子液體的方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的在銅質(zhì)換熱器表面固載離子液體的方 法，步驟如下
A) 預(yù)處理用過氧化氫(11202)溶液浸泡5-8小時，使銅表面均勻覆蓋 一層氧化銅；
B) 自組裝將預(yù)處理的銅表面浸沒在2-10mM的含有巰基化合物的 乙醇溶液中15-50小時以上，使巰基與銅表面發(fā)生反應(yīng)而生成Cu-S共價 鍵，在銅表面形成單分子層自組裝膜；
C) 加載離子液體陽離子用無水乙醇清洗自組裝膜，以除去游離的 巰基成份；將表面浸沒在含有1,3-二垸基咪唑陽離子的0.1-0.3M的NaOH 溶液中，在70-8(TC恒溫水浴中加熱2-10小時，使巰基化合物水解，并與 氫氧化二烷基咪唑中和生成離子液體；
D) 后處理沖洗表面，除去游離分子，最終得到固定在銅表面的單 層離子液體分子。
所述的方法，其中，步驟A之前先對銅表面進行打磨、清洗和拋光。 所述的方法，其中，步驟B和步驟C中的巰基化合物為巰基直鏈脂
肪酸酯，其一端是親水的巰基取代的甲基，中間是直鏈烷烴，另一端是疏
水的羧酸酯基。
所述的方法，其中，巰基化合物為3-巰基丙酸甲酯、3-巰基丙酸乙酯、 巰基乙酸甲酯、巰基乙酸異辛酯或6-巰基己酸甲酯；優(yōu)選的巰基化合物為 3-巰基丙酸甲酯、3-巰基乙酸甲酯或巰基丙酸乙酯；最佳的巰基化合物為 3-巰基丙酸甲酯。
所述的方法，其中，步驟D中的沖洗是用去離子水和無水乙醇。 本發(fā)明所述的方法與現(xiàn)有的金屬表面涂層技術(shù)相比具有如下優(yōu)勢涂 層以化學(xué)鍵與基底相連，結(jié)合強度高；涂層為單分子層，附加熱阻可以忽 略；通過浸潤不同疏水度的其它離子液體，可以方便地調(diào)節(jié)銅表面的親水 疏水性，適用范圍廣。
具體實施例方式
本發(fā)明在銅質(zhì)換熱器表面固載離子液體的方法，包括如下步驟首先通過自組裝在銅表面以Cu-S共價鍵連接上一種端巰基直鏈脂肪 酸酯分子，然后使該分子在堿性條件下水解成脂肪酸，最后用氫氧化二垸 基咪唑進行中和，從而獲得陰離子一端固定在銅表面的離子液體。
具體地說，本發(fā)明提供的在銅質(zhì)換熱器表面固載離子液體的方法，包 括如下步驟
A) 預(yù)處理包括對銅表面進行打磨、清洗和拋光，并用市售的的H202 溶液浸泡5-8小時，目的是使銅表面均勻覆蓋一層氧化銅，該過程的控制 反應(yīng)如下
Cu+H202 -Cu〇+H2
B) 自組裝將預(yù)處理的銅表面浸沒在2 10mM的3-巰基丙酸甲酯(以 此為例，但不限于此，還可以是3-巰基丙酸乙酯、巰基乙酸甲酯、巰基乙 酸異辛酯或6-巰基己酸甲酯)乙醇溶液中15小時以上，使巰基與銅表面 發(fā)生反應(yīng)而生成Cu-S共價鍵，從而在銅表面形成單分子層自組裝膜，該 過程的控制反應(yīng)如下
C)加載離子液體陽離子用無水乙醇反復(fù)清洗自組裝膜，以除去游 離的巰基丙酸甲酯分子，將表面浸沒在含有l(wèi)-甲基-3-丁基咪唑陽離子的 O.lM左右的NaOH溶液中，在70-80'C恒溫水浴中加熱2-5小時，使巰基 丙酸甲酯分子水解，并與氫氧化二垸基咪唑中和生成離子液體，該過程的 控制反應(yīng)如下
一BMIm〗+OH- -*^ CuSCH2CH2COCr[BMIm]+ + CH3OH
D)后處理分別用去離子水和無水乙醇反復(fù)沖洗表面，除去游離分子，最終得到固定在銅表面的單層離子液體分子。
本發(fā)明所述的端巰基直鏈脂肪酸酯具有如下結(jié)構(gòu)特征，即一端是親水 的巰基取代的甲基，中間是直鏈烷烴，另一端是疏水的羧酸酯基。
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權(quán)利要求
1、一種在銅質(zhì)換熱器表面固載離子液體的方法，步驟如下A)預(yù)處理用過氧化氫溶液浸泡5-15小時，使銅表面均勻覆蓋一層氧化銅；B)自組裝將預(yù)處理的銅表面浸沒在2-10mM的含有巰基化合物的乙醇溶液中15-50小時以上，使巰基與銅表面發(fā)生反應(yīng)而生成Cu-S共價鍵，在銅表面形成單分子層自組裝膜；C)加載離子液體陽離子用無水乙醇清洗自組裝膜，以除去游離的巰基成份；將表面浸沒在含有1，3-二烷基咪唑陽離子的0.1-0.3M的NaOH溶液中，在70-80℃恒溫水浴中加熱2-10小時，使巰基化合物分子中的羧酸酯基發(fā)生水解反應(yīng)，并與氫氧化二烷基咪唑中和生成離子液體；D)后處理沖洗表面，除去游離分子，最終得到固定在銅表面的單層離子液體分子。
2、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，步驟A之前先對銅表面進行打磨、清洗和拋光。
3、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，步驟B和步驟C中的巰基化合物為巰基直鏈脂肪酸酯，其一端是親水的巰基取代的甲基，中間是直鏈垸烴，另一端是疏水的羧酸酯基。
4、 如權(quán)利要求1或3所述的方法，其中，巰基化合物為3-巰基丙酸甲酯、3-巰基丙酸乙酯、巰基乙酸甲酯、巰基乙酸異辛酯或6-巰基己酸甲酯。
5、 如權(quán)利要求4所述的方法，其中，巰基化合物為3-巰基丙酸甲酯、3-巰基乙酸甲酯或巰基丙酸乙酯。
6、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，步驟D中的沖洗是用去離子水和無水乙醇。
全文摘要
一種在銅質(zhì)換熱器表面固載離子液體的方法，步驟如下A)用過氧化氫溶液浸泡5-15小時，使銅表面均勻覆蓋一層氧化銅；B)將預(yù)處理的銅表面浸沒在2-10mM的含有巰基化合物的乙醇溶液中15-50小時以上，使巰基與銅表面發(fā)生反應(yīng)而生成Cu-S共價鍵，在銅表面形成單分子層自組裝膜；C)用無水乙醇清洗自組裝膜，以除去游離的巰基成份；將表面浸沒在含有1，3-二烷基咪唑陽離子的0.1-0.3M的NaOH溶液中，在70-80℃恒溫水浴中加熱2-10小時，使巰基化合物分子中的羧酸酯基發(fā)生水解反應(yīng)，并與氫氧化二烷基咪唑中和生成離子液體；D)沖洗表面，除去游離分子，最終得到固定在銅表面的單層離子液體分子。
文檔編號C23C22/05GK101492819SQ200810056728
公開日2009年7月29日 申請日期2008年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月24日
發(fā)明者李志剛, 梁世強, 淮秀蘭, 軍 蔡, 陶毓伽 申請人:中國科學(xué)院工程熱物理研究所