[發明專利]熱蒸發鍍金硅片合成疏水性二氧化硅納米纖維的方法

無效

• 申請號: 200710041969.3
• 申請日: 2007-06-14
• 公開（公告）號: CN101070589A
• 公開（公告）日: 2007-11-14
• 發明（設計）人: 牛俊杰;王健農
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C23C14/26
• 分類號: C23C14/26;C23C14/08;C23C14/12;C23C14/54
• 代理公司: 上海交達專利事務所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及一種納米材料技術領域的方法，具體是一種熱蒸發鍍金硅片合成疏水性二氧化硅納米纖維的方法。

背景技術

疏水性材料由于具有自清潔功能從而在許多領域具有重要應用，比如各種汽車擋風玻璃、雷達、天線等各種需要防潮功能的領域。目前人們對于各種有機物等材料進行了各種各樣的疏水性能研究。具備接觸角較大的疏水性一般需要兩個基本條件，一是材料表面有一定的粗糙度，二是表面自由能比較低。一維納米材料由于其特殊的幾何構造，表面具備一定的粗糙度，從而滿足了疏水性的要求，因而包括納米碳管等一維納米材料已經被研究用于疏水性能。但是人們對蒸發鍍金硅片生成二氧化硅納米纖維進行疏水性研究才剛剛起步。同時，對于具有降低表面自由能作用的含氟有機物，已經被用于多種疏水性材料表面，而在蒸發鍍金硅片生成的二氧化硅納米纖維方面，很少被應用研究。

經對現有技術的文獻檢索發現，發現極少有研究者對蒸發鍍金硅片生成的二氧化硅納米纖維進行疏水性研究，只對其它一些一維納米材料進行了疏水性研究。比如Y.Coffinier等在《Langmuir》(《蘭格繆爾》)2007年第23期第1608-1671頁上發表的“Preparation?of?superhydrophobic?silicon?oxide?nanowiresurfaces”(制備超疏水性SiO₂納米纖維表面)，該文中提出在SiO₂納米纖維表面鍍一層含氟有機物，從而得到疏水表面。其不足在于：制備程序復雜，成本較高，且接觸角不高。

發明內容

本發明目的在于針對現有技術的不足，提供一種熱蒸發鍍金硅片合成疏水性二氧化硅納米纖維的方法，使其合成出疏水性二氧化硅納米纖維，可以簡單易行的在硅基底上大規模合成接觸角大于150度的超疏水性二氧化硅納米纖維。

本發明是通過以下技術方案實現的，本發明采用鍍金硅片作為反應襯底和硅源，以鍍金硅片中的金為反應催化劑，以惰性氣體氬氣為保護氣體，在硅片上生長二氧化硅納米纖維，再在合成出的二氧化硅納米纖維表面蒸鍍一層全氟硅烷，從而使二氧化硅納米纖維降低表面能，具備良好的疏水性能，得到接觸角高于150度的超疏水性能二氧化硅納米纖維。

本發明包括如下步驟：

第一步，將通過磁控濺射得到的鍍金硅片放入石英管式爐中央；

所述磁控濺射，其時間為5-15分鐘。

所述石英管式爐，為臥式石英管式爐。

所述鍍金硅片，其大小為1cm?X?1cm。

第二步，將爐體溫度升高到反應溫度，在開始升溫時，通入惰性氣體氬氣；

所述反應溫度為1200-1400℃。

所述升溫，其速率為10℃/min。

所述通入惰性氣體氬氣，氣體流量為50-400ml/min。

第三步，在反應溫度下，保持腔內氣體流量，反應持續進行，反應完后將反應產物取出，在硅片表面得到大量二氧化硅納米纖維；

所述反應持續進行，持續時間為3-6小時。

第四步，將得到的二氧化硅納米纖維和全氟硅烷密封一并放入不銹鋼器罐中，進行蒸鍍反應，得到具有超疏水性能的二氧化硅納米纖維。

所述全氟硅烷，其體積為0.05-0.2ml。

所述蒸鍍反應，其溫度為150度。

所述蒸鍍反應，其時間3.0小時。

本發明通過高溫下熱蒸發鍍金硅片，從而使硅在VLS機理下成核并生長，生成納米線后被氧化，最后在硅片表面生成大量具有一定粗糙度的二氧化硅納米纖維結構。蒸鍍一層全氟硅烷有機物是為了降低表面自由能，從而使疏水性能提高，接觸角大于150度。

本發明工藝簡單易行，原料采用便宜而應用廣泛的鍍金硅片和一般性氬氣，并且使用非常少含量的全氟硅烷，可以方便地通過簡易管式爐和烘箱合成出高疏水性的二氧化硅納米纖維表面。

與現有技術相比，本發明采用硅片作為反應襯底和硅源，以金為反應催化劑，以惰性氣體氬氣為保護氣體，在硅片上生長二氧化硅納米纖維，以全氟硅烷為表面改性有機物，制備工藝簡單，成本低廉，對環境無污染；采用惰性氣體保護，無明顯易燃危險原料，氣體價格低廉；設備工藝簡單，所制備出的樣品疏水性能高，接觸角最高可達到155度。

附圖說明

圖1為采用本發明所制備出二氧化硅納米纖維的掃描電鏡(SEM)照片

圖2為接觸角為155度的超疏水性二氧化硅納米纖維光學顯微鏡照片

具體實施方式