[發明專利]一種光響應浸潤性能可逆轉換的類水滑石薄膜及其制備方法

無效

• 申請號: 200910079864.6
• 申請日: 2009-03-13
• 公開（公告）號: CN101492153A
• 公開（公告）日: 2009-07-29
• 發明（設計）人: 張法智;陳濤;段雪;徐賽龍
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: C01B13/14
• 分類號: C01B13/14;C09D1/00;C09D5/00
• 代理公司: 北京華誼知識產權代理有限公司
• 代理人: 劉月娥

技術領域

本發明屬于水滑石薄膜技術領域，特別是涉及一種光響應浸潤性能可逆轉換的類水 滑石薄膜及其制備方法，在鋁基板上原位生長的偶氮苯陰離子插層類水滑石薄膜。

背景技術

類水滑石(LDHs)也稱為雙羥基復合金屬氧化物，是一種陰離子型粘土，其化學 通式是[M^II_1-xM^III_x(OH)₂]^x+(A^n-)_x/n·yH₂O，其中M^II和M^III分別為二價和三價金屬陽離子，位 于主體層板上；A^n-為層間陰離子；x為M^III/(M^II+M^III)的摩爾比值；y為層間水分子的 個數。LDHs具有層狀結構、層板元素的可調變性以及層間陰離子的可交換性。這種在 化學和結構上表現出來的特殊性質不但使其具有離子交換性能，在催化、吸附、離子 交換、電學材料、光學材料、生物傳感技術等許多領域都具有很廣泛的應用。

表面潤濕是固體表面的重要特征之一，也是最為常見的一類界面現象，它不僅直 接影響自然界中動、植物的種種生命活動，而且在人類的日常生活與工農業生產中也 起著重要的作用。通常浸潤性能可以用水滴在表面上的接觸角來衡量，將接觸角小于 90°時的固體表面稱親水表面，大于90°稱疏水表面。而超親水表面是指與水接觸角 小于10°的表面，水滴在表面迅速完全鋪展，不會在表面聚集成小液滴，目前已經在 防霧和自清潔方面有了廣泛的應用。例如，在汽車的觀后鏡上涂上一層超親水薄膜， 就可以在大霧天氣到防霧的作用，從而減少交通事故。超疏水表面一般是指與水接觸 角大于150°的表面，超疏水界面材料在工農業生產和人們的日常生活中都有著非常廣 闊的應用前景。例如，超疏水界面材料涂于輪船外殼和燃料儲備箱上，可以達到防污、 防腐的效果；用于石油管道運輸可以防止或大大減少石油在管道壁的粘附，從而降低 運輸過程中的損耗及能耗；超疏水紡織品可以制作防水、防污服裝等。近年來，隨著 微納米科學技術的不斷發展，以及越來越多的行業對特殊表面性能材料的迫切需求， 控制制備特殊浸潤性的表面引起了人們的廣泛關注，超疏水和超親水表面逐漸成為研 究的熱點。

光響應浸潤性能可逆轉換的界面材料，是指能夠通過外界光的刺激來可逆地改變 材料表面的潤濕性能，使材料表面能夠在超疏水與超親水之間可逆轉換。例如在文獻 J.Am.Chem.Soc.2004，(126)：62中，Jiang?L.等人利用水熱法成功制備陣列ZnO 納米棒，實現了超疏水特性，其與水的接觸角為150°，當表面傾斜時液滴即可滾落。 該氧化鋅納米棒陣列薄膜在紫外光下照射2h后，表面的浸潤性由超疏水向超親水轉變， 與水的接觸角達到了0°，液滴在此表面迅速鋪展，并滲入到陣列材料表面。將其在暗 處放置7天后，又恢復到超疏水狀態。通過光照與在暗處放置兩過程的交替，實現了 材料在超疏水與超親水之間的可逆轉變。如文獻J.Am.Chem.Soc.2007，(129)：4128 中，Lim等人用溶膠-凝膠(sol-gel)法制備得到花型的V₂O₅顆粒乙醇懸浮溶液，涂敷到 硅基板上，形成的V₂O₅薄膜在紫外光的照射后由超疏水到超親水的轉變，在暗處放置 一段時間，又恢復到超疏水狀態，具有較好的可逆循環性。又如文獻Science?2000， (288)：1624中，Ichimura等人則利用偶氮苯類化合物的光誘導構型翻轉實現了光響 應浸潤性的變化。反式構型的偶氮苯，分子極性小，不利于水的鋪展，而順式構型偶 氮苯具有較大的極性，有利于水在其表面的鋪展，因此在一定波長的光照條件下，偶 氮苯發生順反異構時引起浸潤性變化。文獻Langmuir?2001，(17)：4593中，Feng?C. 等人合成了一種側鏈含有偶氮苯官能團的光響應聚合物，經過光誘導構型翻轉實現了 浸潤性可逆轉變。文獻Chem?Commun.2008，5710中，Wan?P.等人在液、固界面上組 裝了超分子表面活性劑a-CD/CF3AzoSH，在紫外和可見光的交替輻照下，其可發生來回 的穿梭運動，并以此實現表面的浸潤性質可逆變換。