[發明專利]一種氧化鋁/莫來石復合超疏水粉體的制備方法

有效

• 申請號: 201410039206.5
• 申請日: 2014-01-27
• 公開（公告）號: CN103787648A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 鄧義群;沈針
• 申請（專利權）人: 江西理工大學
• 主分類號: C04B35/10
• 分類號: C04B35/10;C04B35/626
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

技術領域

本發明涉及無機材料技術領域，尤其涉及一種氧化鋁/莫來石復合超疏水粉體的制備方法。

背景技術

自1977年德國生物學家Barthlott等對荷葉的超疏水性能進行研究以來，各國學者對超疏水現象開展了大量的理論和方法研究。超疏水表面通常是指與水的接觸角大于150°，滾動角小于10°的表面。它的諸多特性，如自潔性、超疏水性以及低摩擦系數等，使其在建筑、醫學、電子、環保、液體輸送等領域有巨大的應用前景。據美國橡樹嶺國家實驗室的測算，僅在馬達與泵、水運以及鋼鐵防腐三個方面，超疏水表面的產業化每年就可為美國節能436.4萬噸標準煤，節約17.4億美元的開支，并減少616萬噸量的CO₂排放。因此，超疏水表面的研究具有非常廣闊的市場前景和應用價值。

研究認為，超疏水效果與材料表面的化學組成及微觀結構有關，但微觀結構起決定性作用（Yu?Y,Zhao?ZH,Zheng?QS.Mechanical?and?superhydrophobic?stabilities?of?two-scale?surfacial?structure?of?lotus?leaves.Langmuir,2007,23(15):8212-8216）。受荷葉等自然界中天然超疏水表面微觀結構的啟發，構建具有微納米結構的粗糙表面有利于表面的超疏水效果。因此，研究人員基于降低材料表面能以及構建微納米結構表面這兩個策略，通過多種方法制備出超疏水表面。這些方法主要包括：模板法、堆積法（包括等離子體沉積法、CVD法、溶膠-凝膠法、靜電自組裝方法、LB沉積法和靜電紡絲方法）以及刻蝕方法（包括光刻法、等離子體刻蝕方法、金屬輔助刻蝕和錯位選擇性化學刻蝕）等。

Zhang等首先在玻璃基底上組裝單層直徑為20μm的玻璃球，然后將單層玻璃球向鋁箔表面擠壓，從而在鋁箔表面形成凹坑狀表面，并對該鋁箔表面進行陽極氧化形成蜂窩狀多孔表面。最后將PFPE和SS混合液體前驅物澆注到多孔鋁箔表面并用紫外光固化，從模板上剝離后便獲得了類荷葉狀的超疏水PFPE-SS薄膜（Zhang?L,Zhou?Z,Cheng?B,Desimone?JM,Samulski?ET.Superhydrophobic?Behavior?of?a?Perfluoropolyether?Lotus-Leaf-Like?Topography.Langmuir,2006,22(20):8576-8580）；專利CN101381593A提供了一種具有微納米二元結構的超疏水自潔粉體的制備方法。具體步驟是：以一種或一種以上的納米級和/或次微米級原料粉體（如:二氧化硅、金屬氧化物、或二者的組合），并將其與溶劑混合形成漿料。然后再將該漿料在1000～2500℃下造粒鍛燒形成具有微納米二元結構的球狀粉體。最后將該粉體與低表面能修飾劑進行混合、抽濾、烘干即可得到超疏水粉體；美國Ross科技公司與美國橡樹嶺國家實驗室合作，研制出多種可用于不同環境、不同基體表面的超疏水納米粉體。例如其發明專利（US2012/0045954A1）公開了一種制備超疏水/油表面的方法。具體步驟是：首先將30～225μm的一級顆粒與結合劑進行混合，并通過不同的方法將其涂覆于基片表面作為基礎表面。然后再將1nm～25μm的二級顆粒采用不同的方法涂覆于上述基礎表面。最后采用低表面能有機物進行修飾，即可得到具有超疏水性能的表面；哈佛大學的研究人員則通過Bosch表面微加工方法制備出硅晶體納米陣列，并在真空環境中氣相沉積硅烷-三氯硅烷進行表面修飾，成功研制出一種極具超疏水性的納米涂層。該涂層在低溫下能使滴濺的水滴未及結冰就滑落，從而有望實現永不結冰的飛機機翼和輸電線路(L.Mishchenko,B.Hatton,V.Bahadur,J.A.Taylor,T.Krupenkin,J.Aizenberg.Design?of?Ice-Free?Nanostructured?Surfaces?Based?On?Repulsion?of?Impacting?Water?Droplets.ACS?Nano,2010,4(12):7699-7707)；中科院化學物理研究所固體潤滑國家重點實驗室的科研人員通過電化學刻蝕和陽極氧化方法，在鋁或鋁合金表面構造出具有微納米雙重結構的粗糙表面，再經過氟硅烷進行修飾后得到了具有優異超疏水性能的表面(CN200810150857.6)。