[發明專利]一種二氧化鈦超疏水薄膜的制備方法

有效

• 申請號: 201410356080.4
• 申請日: 2014-07-24
• 公開（公告）號: CN104176774A
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發明（設計）人: 段宗范;趙振;趙高揚;趙麥群
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: C01G23/047
• 分類號: C01G23/047;C04B41/50
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 李娜

技術領域

本發明屬于薄膜制備方法技術領域，具體涉及一種二氧化鈦超疏水薄膜的制備方法。

背景技術

材料表面的浸潤性是材料的一項重要性能，很多物理化學過程，例如：粘合，吸附，分散等，都與材料表面的浸潤性密切相關。超疏水表面是指材料表面與水的接觸角大于150°，滾動角小于10°。超疏水表面所具有的非潤濕和自清潔特性使其在自清潔、防水、防冰、抗腐蝕、MEMS器件防黏附等領域具有廣泛的應用前景而受到廣泛關注。

制備超疏水涂層需要滿足兩個基本條件：(1)物質表面具有微觀粗糙結構；(2)物質表面需要具有較低的表面自由能。通常，構筑超疏水表面有兩種途徑：(1)在低表面能物質表面構建微觀粗糙結構；(2)在具有高表面能的粗糙表面進行低表面能物質的修飾。無機物材料一般都具有親水性，其疏水性表面的制備通常采用先制備出微觀粗糙結構，后進行低表面能物質修飾的方法。制備具有微觀粗糙表面無機薄膜的方法主要有刻蝕法、溶膠-凝膠法、水浴-水熱法、逐層吸附法和電化學沉積法等。溶膠-凝膠法由于具有工藝簡單和成本低廉的特點而被廣泛應用于二氧化硅、二氧化鈦、氧化鋁等超疏水薄膜的制備。其基本原理是在溶膠-凝膠的前驅體中加入惰性的有機高分子化合物，在凝膠膜燒結的過程中，通過有機高分子的熱分解形成孔洞來構筑粗糙表面。粗糙表面孔洞的大小和分布與高分子化合物的性質有關，但不具有規整結構。光和等離子體刻蝕技術可以在二氧化硅和二氧化鈦的薄膜表面制備出規整的微細圖形化微米級粗糙結構，隨后經化學修飾即可制備出超疏水表面，但該方法必須以首先制備出氧化物材料/薄膜為前提，不具備薄膜制備和粗糙表面同步構筑的特點，而且制備周期長、工藝復雜。

發明內容

本發明的目的在于提供一種二氧化鈦超疏水薄膜的制備方法，制備的二氧化鈦薄膜表面粗糙結構規整、疏水性能優異，工藝簡單、重復性好。

本發明所采用的技術方案是：一種二氧化鈦超疏水薄膜的制備方法，首先制備出二氧化鈦感光溶膠；然后采用浸漬提拉法制備二氧化鈦感光凝膠膜，隨后經激光干涉法曝光、溶洗和熱處理，得到具有規整微米級點陣粗糙表面的二氧化鈦薄膜；最后用氟硅烷進行化學修飾，得到二氧化鈦超疏水薄膜。

本發明的特點還在于，

具體包括以下步驟：

步驟1：制備二氧化鈦感光溶膠

將苯酰丙酮加入甲醇中溶解，然后添加一定量的鈦酸丁酯，密封后室溫攪拌2～5h，得到TiO₂感光溶膠；

步驟2：制備二氧化鈦干凝膠膜

將清潔的硅片浸入步驟1得到的二氧化鈦感光溶膠中，采用浸漬提拉法在硅片上拉制光滑平整的溶膠-凝膠薄膜，然后進行干燥，得到二氧化鈦干凝膠膜；

步驟3：制備具有規整微米級點陣粗糙表面的二氧化鈦薄膜

將步驟2得到的二氧化鈦干凝膠膜固定在載物臺上，采用激光干涉法對二氧化鈦干凝膠膜進行雙光束曝光，一次曝光后，將二氧化鈦干凝膠膜旋轉90°，進行二次曝光；將曝光后的凝膠膜進行溶洗，然后用高純氬氣吹洗；將吹洗后的凝膠膜進行熱處理，得到具有規整微米級點陣粗糙表面的二氧化鈦薄膜；

步驟4：氟硅烷修飾

將步驟3得到的具有規整微米級點陣粗糙表面的二氧化鈦薄膜置于1H,1H,2H,2H-全氟辛基三氯硅烷的無水乙醇溶液中靜置，干燥后得到二氧化鈦超疏水薄膜。

步驟1中鈦酸丁酯:苯酰丙酮:甲醇的物質量比為1:0.5～1:10～20。

步驟1得到的TiO₂感光溶膠中添加聚乙二醇200，聚乙二醇200的質量分數為TiO₂感光溶膠總重量的0.1％～0.8％。

步驟2中提拉的速度為0.005～0.025cm/s；干燥的溫度為80～100℃、時間為5～10min。

步驟3中激光干涉的光源為氪離子激光器，干涉條紋的寬度為1～3μm，一次曝光時間為5～10min，二次曝光時間為5～10min。

步驟3中溶洗使用體積比為1:3～5的乙醇和異丙醇混合溶劑，溶洗時間8～12s。

步驟3中熱處理的溫度為450～550℃、時間為30～40min。

步驟4中1H,1H,2H,2H-全氟辛基三氯硅烷在無水乙醇中的濃度為0.1～0.5％。

步驟4中靜置的時間為12～15h，干燥的溫度為150～200℃、時間為10～20min。