[發明專利]利用硅藻土酸蝕制作仿生復合功能結構體的工藝

有效

• 申請號: 201710075057.1
• 申請日: 2017-02-13
• 公開（公告）號: CN106810109B
• 公開（公告）日: 2018-11-30
• 發明（設計）人: 韓鑫;孫延剛;郗昊;梁彥超;王娟
• 申請（專利權）人: 山東理工大學
• 主分類號: C04B26/04
• 分類號: C04B26/04;C04B38/00;C04B111/40
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種利用硅藻土酸蝕制作仿生復合功能結構體的工藝，包括硅藻土深度提純處理、硅藻土氫氟酸常溫預酸蝕、硅藻土氫氟酸超聲有壓熱酸蝕、硅藻土氫氟酸真空無壓熱酸蝕、聚乙烯醇霧化浸潤強化結構體等流程。與現有技術相比，聚乙烯醇霧化浸潤過程的施加，對酸蝕后部分鍵合不完全或處于離散狀態的硅藻土顆粒起到了強化粘接的作用，有利于仿生復合功能結構體制成品總體機械強度的提高，進而促進其實用效果和預期壽命；外來壓力不是始終作用于酸蝕反應全程，這避免了反應后期對硅藻殼體間鍵合過程的應力破壞。

技術領域

本發明涉及一種利用硅藻土酸蝕成型反應對生物表面形貌進行逼真復制以制作仿生復合功能結構體的工藝方法，更特別地說，是指一種利用硅藻土酸蝕制作仿生復合功能結構體的工藝。

背景技術

許多生物體在長期的進化過程中逐漸形成了具有獨特結構和功能特性的生物復合結構。例如，荷葉表面除了具有微米尺度的乳突狀生物非光滑形貌外，還具有納米尺度的生物蠟分泌結構，二者的疊加作用使得荷葉具備可防止水滴和污垢附著的超疏水性生物脫附功能，稱為“荷葉效應”；鯊魚表皮除了具有微米尺度的溝槽狀生物非光滑形貌外，其鱗下還具有納米尺度的減阻液分泌結構，二者的耦合作用使得鯊魚皮具備出色的形貌與界面復合減阻功能，稱為“鯊魚皮效應”。對上述生物復合功能結構進行仿生制造以制備各種仿生復合功能結構體，對于提高人造產品性能、促進經濟社會發展具有重要意義。

硅藻土是古代活體硅藻的生物殘骸，其主要成分是二氧化硅，其顆粒形狀復雜多樣、尺度為微米級，顆粒本身為輕質多孔結構，納米級孔隙結構貫通顆粒整體。鑒于硅藻土具有上述材質和結構特性，這使得其具有大比表面積、高孔隙度、高吸附性、高緩釋性、低密度、耐高溫、耐腐蝕等優點。考慮到硅藻土的二氧化硅成分，其顆粒在氫氟酸酸蝕作用下彼此間產生鍵合，進而可以在模具約束下固化成型為復雜、輕質、多孔結構體，這為制備兼具表面仿生非光滑形貌與內部吸附緩釋通道的仿生復合功能結構體提供了一種有效途徑。

當前，有關借助硅藻土與氫氟酸進行化學反應制備功能結構特別是仿生復合功能結構體的方法已有報道。例如專利號為ZL201010033700.2的中國專利提供了一種硅藻殼體或硅藻土與玻璃的鍵合方法，專利號為ZL201110261728.6、ZL201110261667.3、ZL201110261739.4、ZL201110261738.X、ZL201110261678.1的中國專利介紹了多種借助硅藻土與氫氟酸進行酸蝕或熱壓鍵合反應制備仿鯊魚復合減阻結構的工藝方法。但上述專利所提供的硅藻土酸蝕工藝存在如下不足：(1)所需反應溫度較高，多在400℃以上；(2)外來壓力始終作用于酸蝕反應全程，這極易對反應后期最為關鍵的硅藻殼體間鍵合過程造成應力破壞；(3)缺乏必要的硅藻土常溫、低濃度預酸蝕過程，硅藻土中非定型二氧化硅無法達到良好鍵合狀態；(4)酸蝕后部分硅藻土顆粒間鍵合不完全，部分硅藻土顆粒處于離散狀態，致使制成品總體機械強度不高，嚴重制約其實用效果和預期壽命。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種利用硅藻土酸蝕制作仿生復合功能結構體的工藝，以解決上述技術問題。該工藝經過硅藻土深度提純處理、硅藻土氫氟酸常溫預酸蝕、硅藻土氫氟酸超聲有壓熱酸蝕、硅藻土氫氟酸真空無壓熱酸蝕、聚乙烯醇霧化浸潤強化結構體等流程，便可制作出具有一定實用強度的仿生復合功能結構體。

本發明所解決的技術問題可以采用以下技術方案來實現：利用硅藻土酸蝕制作仿生復合功能結構體的工藝，包括有下列步驟。

第一步：硅藻土深度提純處理

(A)將市售高純硅藻土置于玻璃容器內，按照每1g硅藻土添加25ml～30ml去離子水的用量加入去離子水，在功率100W～150W、工作頻率25kHz～40kHz的條件下超聲清洗20min～30min后，使用孔徑為5μm～20μm的濾布進行分離，過濾得到第一上層物；