基于电化学沉积的金属材料表面超疏水薄膜制备方法技术领域
本发明涉及金属材料表面改性及金属微制造技术领域，特别是涉及一种基于电化
学沉积的金属材料表面超疏水薄膜制备方法。
背景技术
自然界中存在很多令人惊奇的超疏水现象，例如荷叶、水蝇的腿、昆虫的外壳、蝴
蝶的翅膀。超疏水表面的基础研究和实际应用中的潜在价值引起了极大的关注。
尤其是对在国民生活中占有重要地位的金属材料来说，超疏水表面具有重大意
义。由于金属材料在长期使用过程中会出现磨损腐蚀、表面污损等现象，由此造成巨大损
失，而具有超疏水功能的金属表面将会在防腐蚀、流动减阻、自清洁等领域发挥巨大作用，
引起了人们极大的兴趣。
常见的金属超疏水结构通过溶液浸泡法、化学刻蚀法、模板法、自组装法、相分离
法、等离子体技术都可以成功制备，但是上述方法存在设备复杂、成本昂贵、反应条件苛刻
以及部分方法对环境不友好的缺点。
相比于上述方法电化学沉积的方法具有以下特点：制备过程简单、易于控制、反应
条件温和。因此电化学沉积方法大大降低了制备的成本，弱化了反应条件，为大规模超疏水
金属薄膜制备提供了可能性。申请号201210462398.1公开了一种一步电沉积制备超疏水表
面的方法，利用含有长链烷基硅氧烷水解液进行电化学沉积制备粗糙的硅烷薄膜，达到超
疏水状态；申请号为201310398379.1公开了一种铜基底上超疏水仿生表面的制备方法，利
用氯化铈、肉豆蔻酸和无水乙醇组成的电铸液沉积一层具有低表面能的金属薄膜，该薄膜
具有微纳分级双层结构；申请号201410145166.2公开了一种金属超疏水表面及其制备方
法，利用传统镀镍瓦特液沉积一层金属镍，再将镀层在含有氟硅烷的乙醇溶液中加热，从而
制备出金属超疏水薄膜。
目前研究的利用电化学沉积制备金属超疏水薄膜的方法中普遍存在以下问题：电
铸液成分复杂，电铸液中加入较多的其他化学试剂，提高了成本；部分试剂对环境不友好；
部分方法有加热等后处理环节，从而加大了操作的复杂性。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种基于电化学沉积的金属材料表面超疏水
薄膜制备方法，仅通过对常规电铸液成分的简单改变和电流密度的合理调节，再经过低表
面能气体处理就制备出超疏水金属薄膜，方法简单、降低了成本，不必使用复杂的化学溶剂
进行电铸液配制，环境污染小。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种基于电化学沉积
的金属材料表面超疏水薄膜制备方法，包括以下步骤：
（1）导电基底的制备：在清洗干净的硬质基底上粘附导电薄膜，清洗、吹干、烘干；
（2）电铸液的配制：主盐为硫酸铜，导电电解质为硫酸，溶剂为去离子水，按照配比将三
者充分混合；
（3）电化学沉积：阴极为步骤（1）制备的导电基底，阳极为磷铜板，电源类型为直流电
源，电铸液不搅拌，控制电沉积温度和电流密度，电铸后得到镀层；
（4）镀层清洗：将电化学沉积后的镀层用去离子水充分清洗干净，吹干，烘台烘干；
（5）低表面能气体处理：将烘干后的镀层进行低表面能气体处理，使镀层粗糙的微结构
表面覆盖一层低表面能薄膜，从而使镀层成为金属超疏水薄膜。
在本发明一个较佳实施例中，步骤(1)中所述的硬质基底为载玻片，所述的导电薄
膜为导电铜胶带。
在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（1）导电基底的制备的具体步骤为：将载玻
片用去离子水超声清洗，氮气吹干后，在烘台上烘干；将烘干的载玻片上粘贴导电铜胶带作
为电化学沉积的导电种子层，依次使用洗涤精、丙酮、酒精对导电基底进行超声清洗，清洗
完成后氮气吹干、烘台加热烘干。
在本发明一个较佳实施例中，步骤（2）中的硫酸为质量分数为98%浓硫酸。
在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（2）电铸液的配制的具体步骤为：将
CuSO4·5H2O试剂在烧杯中充分搅拌溶解后得到CuSO4溶液；将质量分数为98%浓硫酸缓慢倒
入配制好的CuSO4溶液中并不断地搅拌，当浓硫酸溶液全部倒入烧杯中后，将烧杯放在磁力
搅拌器上充分混合，静置待用。
在本发明一个较佳实施例中，步骤（3）中的电沉积温度为20~30℃。
在本发明一个较佳实施例中，步骤（3）中的电流密度为4~5A/dm2。
在本发明一个较佳实施例中，步骤(5)中所述的低表面能气体为C4F8。
本发明的有益效果是：本发明仅通过改变常规酸性电铸铜溶液的成分以及电流密
度来改变镀层表面的粗糙结构，电沉积后的镀层通过低表面能气体的处理后得到了金属超
疏水薄膜，接触角测试大于150°；本发明的主要优点是工艺简单、易于控制、反应条件温和，
成本低，不必使用复杂的化学溶剂进行电铸液配制，环境污染小，具有良好的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使
用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于
本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它
的附图，其中：
图1是电化学沉积的金属材料表面超疏水薄膜流程图；
图2是未经过低表面能处理过的接触角测试结果；
图3是经过低表面能处理过的接触角测试结果；
图4是放大1000倍沉积金属表面形貌SEM图；
图5是放大10000倍沉积金属表面形貌SEM图；
图6是接触角测试实物图。
具体实施方式
下面将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
例仅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前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范
围。
如图1所示，一种基于电化学沉积的金属材料表面超疏水薄膜制备方法，包括以下
步骤：
（1）导电基底的制备：将载玻片用洗涤精、去离子水各超声清洗10min，氮气吹干后，在
烘台上烘干，设置温度120℃、时间30~60min；将烘干的载玻片上粘贴导电铜胶带作为电化
学沉积的导电种子层，厚度200~300μm；依次使用洗涤精、丙酮、酒精对导电基底进行超声清
洗，三道工序各自超声清洗10分钟，每道工序清洗完成后再使用去离子水进行超声清洗
5min，清洗完成后氮气吹干、烘台加热，设置温度为100℃、时间为60~90min；
（2）电铸液的配制：称取250g CuSO4·5H2O试剂放入烧杯中，加入去离子水不断搅拌并
定容1L，充分溶解后得到1mol/L的CuSO4溶液；称取60~70g 质量分数为98%浓H2SO4，缓慢倒
入配制好的CuSO4溶液中并不断地搅拌，当浓硫酸全部倒入烧杯中后，将烧杯放置在磁力搅
拌器上充分混合，转速500~800r/min，混合时间1~2h，混合完成后，静置待用；
（3）电化学沉积：阴极为步骤（1）制备的导电基底，阳极为含磷质量百分比为0.02%的磷
铜板，所使用的电源类型为直流电源，电沉积过程不进行搅拌，电沉积温度为20~30℃，不含
添加剂和氯离子的电铸铜表面会变得粗糙，该情况下，所允许的电流密度值范围较窄，在实
验中当电流密度达到4A/dm2左右时，已经出现少许红色粉状物，当超过5A/dm2会出现大量的
红色粉末，电流密度控制在4~5A/dm2；计算导电面积后，将阴、阳极放入电铸液中，保证阴、
阳极之间的距离为10~15cm，接通电源，调节电流使电流密度维持在4~5A/dm2，电铸5~10min
后得到镀层；
（4）镀层清洗：步骤（3）得到的镀层，将其表面红色铜粉去除，用去离子水充分超声清洗
镀层10~15min，清洗干净后用氮气吹干，放置烘台100℃加热60~90min，缓降至室温；
（5）低表面能气体处理：将烘干后的镀层使用干法刻蚀机沉积一层C4F8薄膜，厚度约为
30~50nm，使镀层粗糙的微结构表面覆盖一层含有氟基团的低表面能薄膜，从而使镀层成为
金属超疏水薄膜。
如图2所示，是未经过低表面能处理过的接触角测试结果，静态接触角达到
135.5°；如图3所示，是经过低表面能处理过的接触角测试结果，静态接触角达到151.4°；如
图4所示，是放大1000倍沉积金属表面形貌SEM图，从图中可以看出镀层表面出现圆柱状突
起；如图5所示，是放大10000倍沉积金属表面形貌SEM图，从图中可以看出镀层表面的圆柱
状突起的直径约为2~4μm；如图6所示，是我们将镀层经过C4F8气体处理，得到超疏水的状态
的实物图，可以看出金属薄膜具有良好的超疏水性能。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发
明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领
域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。