[發明專利]金剛石網及其分離油水混合物和轉移液滴的應用

有效

• 申請號: 201410040025.4
• 申請日: 2014-01-27
• 公開（公告）號: CN103741116B
• 公開（公告）日: 2017-01-04
• 發明（設計）人: 李紅東;楊怡舟;劉鈞松;崔航;馬一博;成紹恒;王啟亮;崔田
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: C23C16/27
• 分類號: C23C16/27;C23C16/56;B01D17/022
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司22201
• 代理人: 王恩遠

技術領域

本發明屬于材料表面浸潤性質應用的技術領域。利用網狀結構金屬為襯底化學氣相沉積（CVD）金剛石膜，獲得具有耐強酸強堿腐蝕的超疏水、超親油性的金剛石網，替代傳統分離網，并可快速分離油水混合物。該金剛石網超疏水和親水性可以通過表面處理相互轉化，同時也可轉移液滴。

技術背景

疏水性材料在很多領域獲得廣泛的應用。隨著表面科學技術的發展和越來越大的實際需求,制備高效疏水性和超疏水材料和結構十分重要。目前，通過改變材料的結構或化學修飾，可同時具備超疏水和超親油性質，實現油水分離。通常使用的修飾材料，包括無機和有機材料（如ZnO、脂肪鏈等），但這些材料化學穩定性差，無法在強酸或強堿等環境中長期使用，重復性差，或者制備條件復雜，及需多重結構設計等。需要進一步選擇更好的材料和結構設計，以提高性能。

金剛石具有硬度高，耐磨耐腐蝕，疏水親油，自清潔性好等優點，已經廣泛應用在各個領域，比如光學領域全波段窗口，生物領域生物傳感器件等。常規金剛石具有疏水、親油特性，但是很難實現超疏水性及油水分離，而通常制備的金剛石膜，多以平面薄膜為主，不僅疏水角小，沒有達到超疏水（接觸角小于150度），而且是無孔的，無法實現高效的油水分離。相關的有孔金剛石網用于油水分離的相關工作未見報道。而其他已知的用于油水分離的網狀結構均不能在強酸或強堿的環境中工作，而金剛石是已知化學穩定性最好的材料，可以滿足相關的應用。另外，尚沒有相關利用金剛石用于強酸或強堿液滴轉移的報道。

與本發明接近的現有技術是文獻J.Mater.Chem.,2010,20,10671，文獻中報道了平面硼摻雜金剛石膜表面通過刻蝕形成納米草結構，并在表面修飾了一種脂肪鏈，以提高疏水角度。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，設計一種網狀結構及表面處理，獲得超疏水和親水可控的、可快速分離油水混合物、實現強酸或強堿液滴轉移的金剛石網，同時具有極強的防腐性能和自清潔性。

金剛石網的主要結構：不同孔徑金屬網襯底上生長CVD金剛石涂層。該結構是在銅網，鈦網，不銹鋼網等結構上引入金剛石涂層，涂層結構包括微、納米金剛石膜。

本發明的金剛石網的技術方案敘述如下：

一種金剛石網，其特征在于，由金屬網襯底與金剛石涂層構成；所述的金剛石涂層，是連續的化學氣相沉積（CVD）金剛石膜，金剛石膜由微米或/和納米晶粒組成；金剛石涂層厚度為0.2～10μm；金剛石膜是經過氫終止或氧終止表面處理的金剛石膜；所述的金屬網襯底，是微米孔徑尺寸的網狀金屬材料編織或軋制而成。

所述的金屬材料，是銅、鈦或不銹鋼。

所述的氫終止，是利用化學氣相沉積方法，在金屬網襯底表面沉積金剛石膜。

所述的氧終止，是利用空氣中煅燒式方法，或氧等離子體處理方法，或在強酸中高溫蒸煮方法，使金剛石網表面氧終止。

利用氫等離子體處理方法，還可以使氧終止金剛石網表面成為氫終止金剛石網表面。

本發明的襯底為微米孔徑尺寸的網狀金屬材料，例如銅網、鈦網、不銹鋼網等，在金屬網上生長CVD金剛石膜涂層。該金剛石涂層表面為氫終止時，體現為超疏水性和超親油性；當金剛石涂層表面為氧終止時，體現為親水性。通過表面氫終止和氧終止處理超疏水性和親水性是可轉化的。本發明的金剛石網可以實現高效油水分離和液滴轉移。由于金剛石優良的化學穩定性，可在強酸強堿的條件下具有超疏水性，金剛石網的應用效果不受液滴的酸堿度的影響。油水分離或液滴轉移后的金剛石網經清水清洗后，可重復多次使用，性能沒有任何變化，具備了自清潔性。

本發明的金剛石網結構的實現方案為：

1，首先將襯底網清洗，去除表面污染物，在處理后的襯底網上沉積CVD金剛石膜涂層，得到氫終止超疏水金剛石網。氫終止的金剛石網表面為超疏水性。

2，將氫終止超疏水金剛石網在空氣中煅燒使其表面為氧終止，也可以將金剛石網放入300℃以上強酸中蒸煮，或者經氧等離子體中處理實現氧終止。氧終止的金剛石網表面為親水性。

3，將氧終止的金剛石網再經過氫等離子體處理，成為表面氫終止，重新獲得超疏水性。由此通過金剛石涂層表面氫、氧終止，來達到表面親疏水性的可逆過程。

本發明的金剛石網的應用的技術方案如下。

本發明利用氫終止金剛石網進行油水分離。

本發明利用氫終止金剛石網和氧終止金剛石網進行液滴轉移。

更具體的實施過程敘述如下。