薄膜的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于疏水薄膜制備技術領域，具體涉及一種具有微納米復合結構的超疏水Co304薄膜的制備方法。
【背景技術】
[0002]材料表面的浸潤性是材料的一項重要性能，很多物理化學過程，例如摩擦、分散、粘合、吸附等都與材料表面浸潤性密切相關。通常，與水的接觸角大于150°，同時滯后角小于10°的固體表面被認為是超疏水表面。近年來，由于超疏水材料在許多領域潛在的應用價值引起了極大關注，像自清潔，油水分離，防腐蝕，生化分離，無損運輸，減阻，防霧，抗結冰等。目前，關于金屬表面超疏水性能的應用更為廣泛。
[0003]影響表面潤濕性的兩個因素有表面自由能和表面微觀結構。超疏水表面的制備途徑主要有兩種:在低表面能材料表面制造出粗糙的微納米結構或用低表面能物質修飾粗糙表面。近年來，報道的用于控制合成具有良好形貌的微納米結構超疏水表面的方法有很多，主要包括電化學沉積、氧化，基于犧牲模板的化學濕法等，在這些方法中，結構復雜、形貌規整、結晶良好納米三維陣列結構已有報道。但是，以簡便、節能、高效的合成方法，精準控制合成過渡金屬氧化物微納米三維結構仍需進一步探索。申請號CN 102011153 A公開了一種金屬基超疏水材料的制備方法，通過表面微加工技術，精確的復制自然界超疏水表面的形貌，從而在金屬基表面實現超疏水的功能，具有導電性好、強度高、機械性能好，環保等優點。申請號CN 102140659A公開了一種制備超疏水薄膜的方法，采用了無水電解方法可以在不鎊鋼、招片和銅片等金屬上陰極表面制備超疏水薄I吳，它具有良好的超疏水性能，但效率較低。
[0004]以上所述的超疏水材料的制備方法通常過程較復雜，成本較高，耗時較多，效率低，應用范圍較窄，不適合工業化生產。因此，開發一種簡單可行并且適用于各種金屬基底的方法非常重要。
【發明內容】
[0005]本發明目的在于克服現有技術缺陷，提供一種具有微納米復合結構的超疏水Co304薄膜的制備方法，該方法操作簡單，易控制，成膜均勻，無需絡合劑和形貌控制劑，重復性好，可生長于多種基底，從而賦予不同基底的超疏水性能。
[0006]為實現上述目的，本發明采用如下技術方案:
一種具有微納米復合結構超疏水Co304薄膜的制備方法，其包括如下步驟:
1)將硝酸鈷和尿素溶解于蒸餾水中獲得混合溶液，備用；混合溶液中硝酸鈷和尿素的濃度分別為 0.1 ?0.2 mol/L、0.3 ?0.6 mol/L。
[0007]2)將清潔干凈的基底放入步驟1)所得混合溶液中，在密閉條件下于95±2°C反應8 — 20h，取出，蒸餾水沖洗至中性，室溫下晾干后于250°C?280°C煅燒1.5?2h，取出獲得薄膜試樣； 3)將薄膜試樣用低表面能溶液旋涂或者放入低表面能溶液中浸泡1?2h后取出，乙醇沖洗后烘干即得。
[0008]具體的，步驟3)中所述的低表面能溶液為濃度是0.015?0.02 mol/L的硬脂酸乙醇溶液或1%?2% (wt%)的聚二甲基硅氧烷正己烷溶液。
[0009]本發明Co304薄膜的超疏水性能是由微納米復合結構和低表面能物質共同作用的結果。通過簡單的溶液浸泡和自組裝過程制備超疏水表面的，接觸角在150°以上，是納米級結構和微米級結構共存的微納米復合結構，制備過程簡單，原料易得，成膜均勻，重復性好。
[0010]將環己烷滴到本申請制備所得微納米復合結構的超疏水Co304薄膜表面進行接觸角測定，接觸角約為0° ;將純水滴到本申請制備所得的微納米復合結構超疏水Co304薄膜表面進行接觸角測定，接觸角均大于150°，滾動角小于或等于5°。
[0011]與現有技術相比，本發明方法具有以下優點:
1)制備工藝簡單，原料易得。以硝酸鈷和尿素為原料，經過晶體生長和化學修飾后，制備超疏水表面；
2)對基底的要求較低，可以在各種基底如玻璃片、鎳片、銅片、鋁片等上面生長；
3)所得的Co304薄膜表面是納米級結構和微米級結構共存的微納米復合結構，用硬脂酸或聚二甲基硅氧烷修飾后，薄膜疏水效果好，成膜均勻，重復性好，無需借助任何復雜設備，大大降低了生產成本。
[0012]【附圖說明】:
圖1為實施例1所得超疏水Co304薄膜的接觸角(a)滾動角(b)和掃描電鏡照片(c); 圖2為實施例2所得超疏水Co304薄膜的掃描電鏡照片；
圖3為實施例3所得超疏水Co304薄膜的掃描電鏡照片；
圖4為實施例4所得超疏水Co304薄膜的接觸角；
圖5為實施例5所得超疏水Co304薄膜的接觸角。
【具體實施方式】
[0013]以下結合實施例對本發明的技術方案作進一步地詳細介紹，但本發明的保護范圍并不局限于此。
[0014]下述實施例中，以鋁片為基底制備微納米復合結構超疏水Co304薄膜。鋁片預先經過下述清潔處理:將鋁片浸入到1.5 mol/L的NaOH溶液中30秒后取出，蒸餾水沖洗至中性以除去表面氧化物，得到潔凈的鋁片。鋁片尺寸為5cmX 1cm。
[0015]實施例1
一種具有微納米復合結構超疏水Co304薄膜的制備方法，其包括如下步驟:
1)將硝酸鈷和尿素溶解于蒸餾水中獲得50ml混合溶液，備用；混合溶液中硝酸鈷和尿素的濃度分別為0.1 mol/L、0.3 mol/L ；
2)將清潔干凈的鋁片放入步驟1)所得混合溶液中，在密閉條件下于95°C反應12h，取出，蒸餾水沖洗至中性，室溫下晾干后放入箱式馬弗爐中于280°C煅燒2h，取出獲得薄膜試樣；
3)將薄膜試樣放入濃度0.02 mol/L的硬脂酸乙醇溶液中浸泡2h，取出，乙醇沖洗后，在100 °C下烘干1.5h獲得超疏水Co304薄膜。
[0016]采用JSM-7001F場發射掃描電子顯微鏡對上述所得超疏水Co304薄膜的形貌進行了觀察(見圖1)，發現其呈線狀突起、孔洞狀的微納米復合結構。
[0017]采用0CAH200接觸角測試儀測試所得超疏水Co304薄膜的潤濕性，結果(見圖1)表明:該薄膜與水的接觸角為153°，滾動角為5°。
[0018]實施例2
一種具有微納米復合結構超疏水Co304薄膜的制備方法，其包括如下步驟:
1)將硝酸鈷和尿素溶解于蒸餾水中獲得50ml混合溶液，備用；混合溶液中硝酸鈷和尿素的濃度分別為0.1 mol/L、0.3 mol/L ；
2)將清潔干凈的鋁片放入步驟1)所得混合溶液中，在密閉條件下于95°C反應15h，取出，蒸餾水沖洗至中性，室溫下晾干后放入箱式馬弗爐中于280°C煅燒2h，取出獲得薄膜試樣；
3)將薄膜試樣放入濃度0.02 mol/L的硬脂酸乙醇溶液中浸泡2h，取出，乙醇沖洗后，在100 °C下烘干1.5h獲得超疏水Co304薄膜。
[0019]采用JSM-7001F場發射掃描電子顯微鏡對上述所得超疏水Co304薄膜的形貌進行了觀察(見圖2)，發現其呈微米花狀團簇突起、與納米線共存的微納米復合結構。
[0020]采用0CAH200接觸角測試儀測試上述所得超疏水Co304薄膜的潤濕性，結果表明:該薄膜與水的接觸角為155°，滾動角為3°。
[0021]實施例3
一種具有微納米復合結構超疏水Co304薄膜的制備方法，其包括如下步驟:
1)將硝酸鈷和尿素溶解于蒸餾水中獲得50ml混合溶液，備用；混合溶液中硝酸鈷和尿素的濃度分別為0.1 mol/L、0.3 mol/L ；
2)將清潔干凈的鋁片放入步驟1)所得混合溶液中，在密閉條件下于95°C反應20h，取出，蒸餾水沖洗至中性，室溫下晾干后放入箱式馬弗爐中于280°C煅燒2h，取出獲得薄膜試樣；
3)將薄膜試樣放入濃度0.015 mol/L的硬脂酸乙醇溶液中浸泡2h，取出，乙醇沖洗后，在100 °C下烘干1.5h獲得超疏水Co304薄膜。
[0022]采用JSM-7001F場發射掃描電子顯微鏡對上述所得超疏水Co304薄膜的形貌進行了觀察(見圖3)，發現其呈納米片組成的花狀微米團簇結構。
[0023]采用0CAH200接觸角測試儀測試上述所得超疏水Co304薄膜的潤濕性，結果表明:該薄膜與水的接觸角為151°，滾動角為4°。
[0024]實施例4
一種具有微納米復合結構超疏水Co304薄膜的制備方法，其包括如下步驟:
1)將硝酸鈷和尿素溶解于蒸餾水中獲得50ml混合溶液，備用；混合溶液中硝酸鈷和尿素的濃度分別為0.2 mol/L、0.6 mol/L ；
2)將清潔干凈的鋁片放入步驟1)所得混合溶液中，在密閉條件下于95°C反應8h，取出，蒸餾水沖洗至中性，室溫下晾干后放入箱式馬弗爐中于250°C煅燒1.5h，取出獲得薄膜試樣；
3)用2wt%的聚二甲基硅氧烷正己烷溶液對薄膜試樣進行旋涂(3000轉/分鐘)，乙醇沖洗后，在100 °C下烘干獲得超疏水Co304薄膜。
[0025]采用0CAH200接觸角測試儀測試上述所得超疏水Co304薄膜的潤濕性，結果表明(見圖4):該薄膜與水的接觸角為156°，滾動角為3°。
[0026]實施例5
一種具有微納米復合結構超疏水Co304薄膜的制備方法，其包括如下步驟:
1)將硝酸鈷和尿素溶解于蒸餾水中獲得50ml混合溶液，備用；混合溶液中硝酸鈷和尿素的濃度分別為0.2 mol/L、0.6 mol/L ；
2)將清潔干凈的鋁片放入步驟1)所得混合溶液中，在密閉條件下于95°C反應16h，取出，蒸餾水沖洗至中性，室溫下晾干后放入箱式馬弗爐中于250°C煅燒1.5h，取出獲得薄膜試樣；
3)用lwt%的聚二甲基硅氧烷正己烷溶液對薄膜試樣進行旋涂(2000轉/分鐘)，乙醇沖洗后，在100 °C下烘干獲得超疏水Co304薄膜。
[0027]采用0CAH200接觸角測試儀測試上述所得超疏水Co304薄膜的潤濕性，結果表明(見圖5):該薄膜與水的接觸角為153°，滾動角為4°。
【主權項】
1.一種具有微納米復合結構超疏水Co 304薄膜的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)將硝酸鈷和尿素溶解于蒸餾水中獲得混合溶液，備用；混合溶液中硝酸鈷和尿素的濃度分別為 0.1 ?0.2 mol/L、0.3 ?0.6 mol/L ； 2)將清潔干凈的基底放入步驟1)所得混合溶液中，在密閉條件下于95±2°C反應8-20h，取出，蒸餾水沖洗至中性，室溫下晾干后于250°C?280°C煅燒1.5?2h，取出獲得薄膜試樣； 3)將薄膜試樣用低表面能溶液旋涂或者放入低表面能溶液中浸泡1?2h后取出，乙醇沖洗后烘干即得。2.如權利要求1所述具有微納米復合結構超疏水Co304薄膜的制備方法，其特征在于，步驟3)中所述的低表面能溶液為濃度是0.015?0.02 mol/L的硬脂酸乙醇溶液或1?2%聚二甲基硅氧烷的正己烷溶液。
【專利摘要】本發明涉及一種具有微納米復合結構超疏水Co3O4薄膜的制備方法，其包括如下步驟：1）將硝酸鈷和尿素溶解于蒸餾水中獲得混合溶液，備用；混合溶液中硝酸鈷、尿素的濃度分別為0.1～0.2mol/L、0.3～0.6mol/L，硝酸鈷與尿素的摩爾比為1:3；2）將清潔干凈的基底放入步驟1）所得混合溶液中，在密閉條件下于95±2℃反應8－20h，取出，蒸餾水沖洗至中性，室溫下晾干后于250℃～280℃煅燒1.5～2h，取出獲得薄膜試樣；3）將薄膜試樣放入低表面能溶液中浸泡1～2h或者用低表面能溶液旋涂，乙醇沖洗后烘干即得。制得的Co3O4薄膜疏水效果好，成膜均勻，重復性好，大大降低了生產成本。
【IPC分類】C23C26/00
【公開號】CN105369248
【申請號】CN201510782077
【發明人】張霞, 丁蓓, 朱文忠, 張平余
【申請人】河南大學
【公開日】2016年3月2日
【申請日】2015年11月16日