[發(fā)明專利]一種具有油下超疏水和超親水可逆轉(zhuǎn)變功能的納米金屬氧化物陣列及其制備方法

有效

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• 申請日: 2016-05-25
• 公開（公告）號: CN105887158B
• 公開（公告）日: 2018-03-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 成中軍;康紅軍;劉宇艷;吳松全
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C25D11/26
• 分類號: C25D11/26;C25D9/04;C25D5/50;C25D5/48;B82Y40/00
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司23206
• 代理人: 高媛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種在油相環(huán)境下具有超疏水和超親水可逆轉(zhuǎn)變功能的納米金屬氧化物陣列及其制備方法。

背景技術(shù)

近年來，通過這種外界刺激具有這種可逆表面潤濕性轉(zhuǎn)變的納米陣列已經(jīng)引起了人們的廣泛關(guān)注，由于其在各個(gè)領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用。半導(dǎo)體氧化物，由于其較高的禁帶寬度，可在光電子、光催化及浸潤性領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，而受到學(xué)者們廣泛的研究。1997年，首次報(bào)道了TiO₂納米粒子在空氣中的具有由疏水向超親水的可逆轉(zhuǎn)變的功能，也有學(xué)者使用ZnO納米棒陣列成功的實(shí)現(xiàn)了在空氣中超疏水向超親水可逆轉(zhuǎn)變的功能。然而對于目前存在的半導(dǎo)體納米金屬氧化物陣列由超疏水向超親水可逆轉(zhuǎn)變這一功能的實(shí)現(xiàn)還較少有研究。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種具有油下超疏水和超親水可逆轉(zhuǎn)變功能的納米金屬氧化物陣列及其制備方法。納米金屬氧化物陣列經(jīng)過熱處理后，在油下具有超疏水性能，水的靜態(tài)接觸角大于150°，而經(jīng)紫外光照射后，在油下水的靜態(tài)接觸角小于10°，具有超親水性能；再經(jīng)過加熱回復(fù)，此納米金屬氧化物陣列在油下水的靜態(tài)接觸角又回復(fù)到150°以上，又具有超疏水性能，從而實(shí)現(xiàn)了在油下由超疏水向超親水可逆轉(zhuǎn)變的功能。同時(shí)，本發(fā)明制備的具有油下超疏水和超親水可逆轉(zhuǎn)變功能的納米金屬氧化物陣列，在不同油相等復(fù)雜環(huán)境中，均可以實(shí)現(xiàn)這種在油下由超疏水向超親水可逆轉(zhuǎn)變的功能，同時(shí)可以進(jìn)行多次可逆轉(zhuǎn)變。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種具有油下超疏水和超親水可逆轉(zhuǎn)變功能的納米金屬氧化物陣列，所述納米金屬氧化物陣列為TiO₂納米管陣列、WO₃納米管陣列或ZnO納米棒陣列，其在120~350℃進(jìn)行熱處理1~4h后，在油相下靜態(tài)接觸角大于150°，具有超疏水性能；在紫外光照射下1~2h后，在油相下水的靜態(tài)接觸角小于10°，具有超親水性能，實(shí)現(xiàn)由超疏水向超親水轉(zhuǎn)變的功能；在溫度為100~150℃條件下加熱回復(fù)1.5~3h后，在油相下水的靜態(tài)接觸角回復(fù)到150°以上，具有超疏水性能，實(shí)現(xiàn)由超親水向超疏水可逆轉(zhuǎn)變的功能。

一種具有油下超疏水和超親水可逆轉(zhuǎn)變功能的納米金屬氧化物陣列的制備方法，包括如下步驟：

一、納米金屬氧化物陣列的制備：

采用陽極氧化法制備TiO₂和WO₃納米管陣列，采用電化學(xué)沉積法制備ZnO納米棒陣列。

以TiO₂納米管陣列為例，其制備方法如下：采用乙二醇、氟化銨和去離子水的混合電解液，以金屬為陽極，鉑片為陰極，通過二次陽極氧化的方法制備出TiO₂納米管陣列。

本步驟中，所述混合電解液中乙二醇、氟化銨和去離子水的體積比為98:0.3:2；所述金屬為鈦片（Ti）所述氧化電壓為30~50V，氧化時(shí)間為1~3h。

二、將制備的納米金屬氧化物陣列在120~350℃進(jìn)行熱處理1~4h，實(shí)現(xiàn)了在油相下水的靜態(tài)接觸角大于150°，具有超疏水性能。

本步驟中，除正己烷外，經(jīng)熱處理的納米金屬氧化物陣列在甲苯、苯、石油醚、環(huán)己烷、柴油和正庚烷等油相下水的靜態(tài)接觸角均大于150°，實(shí)現(xiàn)了在不同油相復(fù)雜環(huán)境下也具有超疏水性能。

本步驟中，在上述油相中，采用pH為0~14的水進(jìn)行測量其靜態(tài)接觸角大于150°，納米金屬氧化物陣列也具有超疏水性能，體現(xiàn)了其耐酸堿性能。

三、將步驟二熱處理后的納米金屬氧化物陣列，經(jīng)去離子水沖洗干凈，吹干，在紫外光照射下1~2h，在油相下水的靜態(tài)接觸角小于10°，具有超親水性能，實(shí)現(xiàn)了由超疏水向超親水轉(zhuǎn)變的功能。

本步驟中，油相除正己烷外，經(jīng)紫外光照射的納米金屬氧化物陣列在甲苯、苯、石油醚、環(huán)己烷、柴油和正庚烷等油相中水其靜態(tài)接觸角小于10°，實(shí)現(xiàn)在不同油相復(fù)雜環(huán)境下由超疏水向超親水轉(zhuǎn)變的功能。

本步驟中，在上述油相下，采用pH為0~14的水進(jìn)行測量其靜態(tài)接觸角也小于10°，納米金屬氧化物陣列同樣也具有超疏水性能，體現(xiàn)了其由超疏水向超親水轉(zhuǎn)變過程中耐酸堿性能。

四、將步驟三紫外光照射后的納米金屬氧化物陣列，同樣經(jīng)去離子水沖洗干凈，吹干，在溫度為100~150℃，加熱回復(fù)1.5~3h，可實(shí)現(xiàn)油相下水的靜態(tài)接觸角又回復(fù)到150°以上，又具有超疏水性能，實(shí)現(xiàn)了由超親水向超疏水可逆轉(zhuǎn)變的功能。