[發(fā)明專利]材料微觀表面共型鍍膜系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710850169.X
• 申請日: 2017-09-20
• 公開（公告）號(hào): CN107488837B
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭飛;從碩;董建華;蔡景成
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C16/448
• 分類號(hào): C23C16/448;C23C16/455;C23C16/52;C23C16/458;D06M14/10
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 陳玲玉

本發(fā)明公開材料微觀表面共型鍍膜系統(tǒng)，涉及屬于表面共型鍍膜技術(shù)領(lǐng)域。該系統(tǒng)包括：化學(xué)氣相沉積反應(yīng)腔室，與反應(yīng)腔室側(cè)面相連通的進(jìn)氣供給系統(tǒng)，位于反應(yīng)腔室側(cè)面的真空控制系統(tǒng)，位于反應(yīng)腔室上部的電熱合金絲加熱系統(tǒng)，位于反應(yīng)腔室下部的循環(huán)水冷卻系統(tǒng)，位于反應(yīng)腔室上部的石英觀察窗。本發(fā)明的效果和益處是所形成的鍍膜膜層為納米尺度，且與原材料共型，致密均勻，厚度可控；該裝置控制水浴加熱溫度、進(jìn)氣管道外纏繞電阻絲加熱和采用氣體流量計(jì)的方式調(diào)節(jié)進(jìn)氣速率，省去了質(zhì)量流量控制器，降低了設(shè)備成本，簡化了該裝置的配置，大大降低了反應(yīng)單體在進(jìn)氣管道中冷凝的可能性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于表面共型鍍膜技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到對材料微觀表面進(jìn)行納米尺度級(jí)別的共型鍍膜、表面疏水改性處理系統(tǒng)。

背景技術(shù)

疏水性是材料表面的重要特征之一，它是由材料的化學(xué)組成和表面幾何結(jié)構(gòu)共同決定的。其性質(zhì)通常用水接觸角來評(píng)價(jià)。一般來說，水在固體表面接觸角超過90°的表面稱為疏水表面。當(dāng)水在固體表面的接觸角超過150°時(shí)，該表面稱為超疏水表面。

隨著社會(huì)的發(fā)展，工業(yè)上和生活中對材料疏水性的要求越來越高。對于防水服裝、包裝材料、防水電子產(chǎn)品、自清潔表面、防霧表面等許多應(yīng)用來說，較高的水接觸角是疏水性最有效的關(guān)鍵基礎(chǔ)。目前對于該類產(chǎn)品的疏水功能還有待提高，這也是各生產(chǎn)企業(yè)著力解決的技術(shù)問題。

材料表面疏水改性的方法主要有物理法和化學(xué)法。物理改性的結(jié)果是改性劑與材料存在范德華力、氫鍵力等分子之間的相互作用力，但不存在共價(jià)鍵或離子鍵作用，改性效果不穩(wěn)定?；瘜W(xué)改性主要是指改性劑與材料表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成性質(zhì)穩(wěn)定的疏水薄膜層。其中利用氟硅烷、硅烷偶聯(lián)劑等對材料表面進(jìn)行接枝改性是最常用的疏水改性方法。[KSirichai,Li K.Preparation and characterization of hydrophobic ceramic hollowfiber membrane[J].Journal of membrane Science,2007,291(1):70-76]利用全氟乙氧基硅烷(FAS)對Al₂O₃陶瓷中空纖維膜進(jìn)行修飾，陶瓷膜表面接觸角達(dá)到接近120°。中國專利CN103088629A以聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)織物為原材料，利用十六烷基三甲基溴化銨和強(qiáng)堿化合物等對PET無紡布進(jìn)行預(yù)處理，然后放入硅烷前驅(qū)體，之后加入疏水烷基硅烷化合物，熱處理后獲得水接觸角大于150°的疏水表面。然而，幾乎所有傳統(tǒng)的液相薄膜涂覆方法都是濕法制備。濕法改性的缺點(diǎn)是操作時(shí)間長，操作程序繁瑣；改性所需要的試劑量消耗大，涂覆過程往往需要使用有機(jī)溶液，因此不適用于對有機(jī)溶液敏感的基底材料(如塑料等)；較難控制薄膜厚度，在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的表面難以形成均勻共型的納米尺度薄膜。

化學(xué)氣相沉積(CVD，Chemical Vapor Deposition)是化學(xué)改性的另外一種方法，它是把含有構(gòu)成薄膜元素的氣態(tài)反應(yīng)劑或者液態(tài)反應(yīng)劑的蒸氣及反應(yīng)所需其它氣體引入反應(yīng)室，在襯底表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并把固體產(chǎn)物沉積到表面生成薄膜的過程。它包括4個(gè)主要階段：①反應(yīng)氣體向材料表面擴(kuò)散；②反應(yīng)氣體吸附在材料的表面；③在材料表面產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)；④氣態(tài)副產(chǎn)物脫離材料表面。

傳統(tǒng)化學(xué)氣相沉積主要包括等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)和激光化學(xué)氣相沉積(LCVD)等。等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積是借助氣體輝光放電產(chǎn)生的等離子體來增強(qiáng)反應(yīng)物質(zhì)的化學(xué)活性，促進(jìn)氣體間的化學(xué)反應(yīng)。但是等離子體產(chǎn)生過程會(huì)附帶較高的能量，對表面疏水改性所需的含氟基團(tuán)有較大的破壞作用，薄膜的化學(xué)結(jié)構(gòu)無法精確控制且所需官能團(tuán)不易保存；對所需疏水改性材料的耐溫要求也較高。另外，PECVD反應(yīng)所需的能量較高，不利于表面疏水改性條件和改性成本的控制。

所以，開發(fā)一種操作簡單、條件溫和、過程可控、適用范圍廣、納米尺度、與原材料表面共型的鍍膜系統(tǒng)非常重要。

發(fā)明內(nèi)容