[實用新型]一種微納嵌套顆粒熔融自結(jié)合表面改性設(shè)備

有效

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• 申請日: 2017-04-25
• 公開（公告）號: CN206858660U
• 公開（公告）日: 2018-01-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭鐘寧;劉莉;何俊峰
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11227
• 代理人: 羅滿

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及表面改性領(lǐng)域，特別是涉及一種微納嵌套顆粒熔融自結(jié)合表面改性設(shè)備。

背景技術(shù)

當今社會，材料的應(yīng)用涉及到生活、生產(chǎn)的各個方面，不同材料各有其特點和應(yīng)用范圍。而金屬作為目前最常用的材料，被廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品加工的各個領(lǐng)域。然而金屬材料也有其固有的缺陷，金屬材料的失效通常源于表面，最常見的失效形式為磨損、腐蝕、斷裂。金屬材料的表面特性主要取決于其加工工藝，所以加工成型的產(chǎn)品由于其工藝特點與加工質(zhì)量等原因，容易出現(xiàn)性能缺陷或者不足。為了提高金屬材料的強度、硬度、剛性、耐磨性、耐腐蝕等表面性能，需要對其進行后處理，以滿足使用及性能要求。

現(xiàn)代科技的高速發(fā)展，對金屬材料表面性能要求的日益提高，對表面處理技術(shù)及工藝有了新的發(fā)展和擴充，對金屬工件表面進行親疏水等仿生結(jié)構(gòu)的表面改性是較為熱門的表面技術(shù)。隨著疏水表面“荷葉效應(yīng)”的發(fā)現(xiàn)，超疏水材料廣泛用于自清潔、防凍、防霧、防腐、防阻、微流體芯片、無損液體輸送等方面，展示了超疏水材料的廣闊運用前景。

目前，超疏水表面的制備大多采用電化學腐蝕法或化學腐蝕法，構(gòu)建超疏水表面所需粗糙結(jié)構(gòu)。電化學腐蝕法通過陽極氧化制備規(guī)則的粗糙表面，然后使用低表面能物質(zhì)改性制備超疏水表面。該方法適用的材料范圍廣，可控性好，但條件相對苛刻，所使用的電解液大多是腐蝕性較強的酸或堿的混合液，電解液的消耗量較大，廢液回收處理麻煩，不利于工業(yè)化的生產(chǎn)。化學腐蝕法常先采用硝酸、鹽酸、氫氟酸等通過化學腐蝕來形成表面粗糙結(jié)構(gòu)，然后再用熱處理來構(gòu)建表面的納米結(jié)構(gòu)，最后用低表面能物質(zhì)改性制備超疏水表面。化學腐蝕法簡單易行，但用作腐蝕液的物質(zhì)都具有強的腐蝕性，廢液處理麻煩，限制了化學腐蝕法的發(fā)展。

納米尺寸的金屬與功能分子的自組裝在未來納米電子器件中具有廣闊的應(yīng)用前景,對其基本理論和實際應(yīng)用的研究正成為一個新興的研究領(lǐng)域。目前納米顆粒一般都要經(jīng)過表面改性，使其廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域：磁流體、彩色成像、磁記錄材料以及生物醫(yī)學。由于納米顆粒的表面疏水性及較大的體表比，它在生物體內(nèi)容易團聚,吸附血漿蛋白，容易被網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)(RES)清除，所以需要對納米顆粒進行表面改性，增大親水性,延長循環(huán)半衰期。可用于表面改性的物質(zhì)很多，一般為有機物，也有無機物和蛋白質(zhì)或抗體等。納米顆粒目前是生物醫(yī)用納米材料領(lǐng)域異常活躍的方向之一。不同方法制備的納米顆粒經(jīng)不同聚合物或分子表面改性后具有多方面的生物醫(yī)學應(yīng)用。

現(xiàn)有的金屬表面改性方法一般包括熱燒結(jié)法和鎳鹽熱分解法，熱燒結(jié)法將碳材料浸漬在含改性物質(zhì)的液相中，再通過中高溫熱處理使改性物質(zhì)熔融與碳表面結(jié)合，從而調(diào)節(jié)碳表面親疏水性。這種方法主要是通過聚四氟乙烯處理來增強疏水性，通過胺類物質(zhì)處理來增強親水性。

熱處理時，熔融物質(zhì)能夠保護材料表面結(jié)構(gòu)，所以該方法對碳材料表面結(jié)構(gòu)的影響不大。通過原子力顯微鏡(AFM)表征指出多乙烯多胺熔融后能夠保護碳纖維表面，形貌變化弱于僅熱處理過的碳纖維。在化學組成方面，熱燒結(jié)法在碳表面引入了改性物質(zhì)中的元素和基團。在親水改性方面，氨基官能團在氨化處理過程中被引入碳表面，并主要以酰氨基形式存在。碳纖維表面引入氨基后可以與水和環(huán)氧樹脂的環(huán)氧基團形成氫鍵，浸潤性得到很大改善。在疏水改性方面，PTFE附著碳表面后引入碳氟基團。由于PTFE含量增加，能更好地實現(xiàn)親疏水平衡。熱燒結(jié)法調(diào)控親疏水性的優(yōu)點是步驟簡便、時間短。

鎳鹽熱分解法是先將NI2+吸附在基體表面，再通過熱分解鎳鹽獲取鎳催化中心。人們用硫酸鎳、次磷酸鈉配置的活化液在超聲輔助的條件下對空心玻璃微珠活化2min，再在175攝氏下熱氧化還原50min，成功實現(xiàn)空心玻璃微珠的無鈀活化化學鍍鎳磷合金。隨后又采用該活化液浸泡陶瓷微珠30min，同樣在175攝氏度下熱氧化還原50min，實現(xiàn)在陶瓷微珠表面的無鈀活化化學鍍鎳磷合金。

熱燒結(jié)法的缺點是需要高溫處理，成本較高，并且在浸漬過程中改性物質(zhì)附著可能不均，容易導(dǎo)致處理碳材料表面親疏水性質(zhì)不均勻。采用鎳鹽熱分解法的缺點是不適用于熔點較低的基體材料，只適用于陶瓷、玻璃、碳酸硅等耐熱物質(zhì)。同時使用的化學試劑為低表面能改性劑，有污染，操作有危險，直接打磨預(yù)處理和熱處理使金屬表面粗糙度降低。

如何提供一種能夠增強金屬表面與納米顆粒結(jié)合力的微納嵌套顆粒熔融自結(jié)合表面改性設(shè)備是本領(lǐng)域技術(shù)人員目前需要解決的技術(shù)問題。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的目的是提供一種微納嵌套顆粒熔融自結(jié)合表面改性設(shè)備，能夠增強金屬表面與納米顆粒結(jié)合力。