[發明專利]一種氧化石墨烯/硅酸銅復合粉末及其制備方法和超疏水涂層中的應用

在審

• 申請號: 201710292012.X
• 申請日: 2017-04-28
• 公開（公告）號: CN107128937A
• 公開（公告）日: 2017-09-05
• 發明（設計）人: 范萍;陳靜怡;鐘明強;楊晉濤;陳楓;費正東
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: C01B33/20
• 分類號: C01B33/20;C09D1/00;C09D5/08;C01B32/198;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司33201
• 代理人: 黃美娟,王兵

技術領域

本發明涉及一種表面具有微納結構的氧化石墨烯/硅酸銅復合粉末及其制備方法和超疏水涂層中的應用。

背景技術

超疏水表面一般指水滴在其接觸角大于150度，滾動角小于10度的表面。它具有自清潔、抗粘附、防霧抑菌、防水等優良特性，因而引起了人們的極大關注和研究興趣。已有的研究表明，影響固體表面浸潤性的因素主要有:1.表面自由能，2.表面粗糙度。當表面自由能降低時，疏水性能就會得到增強。然而，即使是具有最低表面能的光滑固體表面與水的接觸角也才接近120度。而且，由于表面能是材料的固有特征，因此要達到更高接觸角，制備出超疏水表面，則必須設計材料的表面微細結構。使其在微觀尺度上具有粗糙表面。

然而粗糙的表面通常會導致光散射的增加，因此通常制備的超疏水表面往往都是不透明的。目前，主要有兩個思路來解決透明性與超疏水性能難以兼得的矛盾:1.采用高透光性的材料(主要為納米SiO2)來構筑表面的微細結構。2.在材料表面構筑微納結構，從而得到合適的表面粗糙度以確保可見光透光性和超疏水性可以同時兼備。

此外，隨著汽車工業，太陽能電池板以及日用品(如抗結冰鏡，護目鏡)的發展，單一的疏水性涂層已不能滿足需要。需要開發出多功能的超疏水涂層。

發明內容

本發明的目的是提供一種表面具有微納結構的氧化石墨烯/硅酸銅復合粉末和制備方法，及其在制備高透明、自清潔、抗腐蝕的超疏水涂層中的應用。

本發明采用以下技術方案：

一種表面具有微納結構的氧化石墨烯/硅酸銅復合粉末，所述表面具有微納結構的氧化石墨烯/硅酸銅復合粉末包括由片狀氧化石墨烯構成的內核、及針狀納米硅酸銅構成的殼層；所述的針狀納米硅酸銅以陣列的形式排布在內核表面上。

進一步，本發明所述的內核長、寬各自獨立為2-6μm，厚度為20-60nm。

進一步，本發明所述針狀納米硅酸銅的直徑為10～15nm，長度為50～150nm。

進一步，本發明所述表面具有微納結構的氧化石墨烯/硅酸銅復合粉末按以下方法制備得到：

1)將表面活性劑、醇類溶劑加入去離子水中形成混合溶液，然后將氧化石墨烯分散在上述混合溶液中，超聲分散以獲得均勻的懸浮液；

2)將硅酸酯類化合物加入上述溶液中，在室溫下攪拌；經離心、洗滌、干燥后，得到二氧化硅包覆的氧化石墨烯；

3)取步驟(2)獲得的二氧化硅包覆的氧化石墨烯分散在去離子水中，超聲分散；在攪拌下加入氨水調節pH值至10-11.5，并將含銅化合物逐滴加入，繼續攪拌后將混合懸浮液轉移至內襯為聚四氟乙烯的不銹鋼高壓釜中，于80～120℃下保溫后在空氣中冷卻至室溫，經離心、洗滌、干燥后，得到所述的表面具有微納結構的氧化石墨烯/硅酸銅復合粉末。

進一步，本發明所述表面具有微納結構的氧化石墨烯/硅酸銅復合粉末具體按以下方法制備得到：

1)將表面活性劑、醇類溶劑加入去離子水中形成混合溶液，然后將氧化石墨烯分散在上述混合溶液中，超聲分散20-60min以獲得均勻的懸浮液；所述的醇類溶劑的體積用量以氧化石墨烯的質量計為200～12000mL/g；所述去離子水的用量以氧化石墨烯的質量計為100～5000mL/g；所述表面活性劑與氧化石墨烯的質量比為1～5：1；

2)將硅酸酯類化合物加入上述溶液中，在室溫下連續攪拌5-8h；經離心、洗滌、干燥后，得到二氧化硅包覆的氧化石墨烯；所述的硅酸酯類化合物的用量以氧化石墨烯的質量計為5～300mL/g；所述硅酸酯類化合物為正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸丙酯、正硅酸異丙酯、正硅酸丁酯中的任一種或兩種；

3)取步驟(2)獲得的二氧化硅包覆的氧化石墨烯分散在去離子水中，超聲分散20-60min；在攪拌下加入氨水調節pH值至10-11.5，并將含銅化合物逐滴加入，繼續攪拌后將混合懸浮液轉移至內襯為聚四氟乙烯的不銹鋼高壓釜中，于80～120℃下保溫8～24h后在空氣中冷卻至室溫，經離心、洗滌、干燥后，得到所述的表面具有微納結構的氧化石墨烯/硅酸銅復合粉末；所述含銅化合物為硝酸銅、乙酸銅、硫酸銅、氯化銅中的任一種；所述去離子水的用量以所取二氧化硅包覆的氧化石墨烯的質量計為1～5L/g；所述含銅化合物的用量以所取氧化石墨烯的質量計為0.005～0.04mol/g。