同軸納米電纜超疏水表面的改性方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種納米材料超疏水表面的改性方法，具體為采用化學包覆法對SiCOS12同軸納米電纜進行表面疏水改性處理，獲得了表面具有超疏水性的SiC@Si02同軸納米電纜。
技術背景
[0002]在自然界中，荷葉、水稻葉及水黽腿都具有超疏水性能和自清潔性能，當水滴滴在他們的表面時，可以自由滾動，從而使灰塵顆粒和污染物脫離其表面，這種現象吸引了研究人員對超疏水行為的廣泛關注。超疏水表面一般指材料表面與水的靜止接觸角大于150°，具有自清潔及防腐蝕等特性，使其在工農業生產中具有較大的應用潛力。同時，在日常生活中，具有超疏水性能的表面可以用作抗霜表面、流體減阻和液滴操控等。
[0003]基于Wenzel和Cassie模型,超疏水表面是通過降低表面能和構造表面粗糙結構的共同作用而獲得，國內外已對制備材料超疏水表面進行了大量的研究，到目前為止，有很多關于超疏水表面的制備方法的報道，例如劉燕等采用化學刻蝕法，首先在鋁合金表面進行激光加工，得到了無數微尺度彈坑狀結構表面，再將試樣浸入化學刻蝕溶液中，最后將化學刻蝕后的鋁合金放入含有DTS甲苯溶液中進行修飾，得到了具有微納米雙層分級結構的鋁合金超疏水表面(中國發明專利，申請號201310079939.7)。唐葉紅等采用等離子體加工法對聚丙烯膜進行處理，然后把其放入不飽和雙鍵氟脂和含長烷基鏈的丙烯酸酯丙酮混合溶液中浸泡，得到了持久超疏水聚丙烯中空纖維膜(中國發明專利，申請號201210181571.0)。丁桂甫等采用表面微加工技術在飛機蒙皮基底上制得了疏水微結構，在此結構的表面上涂覆了氟油納米修飾膜，將制備好的疏水微結構和涂覆了納米修飾膜的基底進行烘烤處理后，得到了用于飛機防冰除冰的納米超疏水表面(中國發明專利，申請號200910310788.5)。
[0004]超疏水表面技術應用于納米材料，不僅可以起到自清潔和抑制表面腐蝕，還可以降低摩察系數及增強抗霜凍效果。此外，對ZnOOS12納米線(棒)列進行疏水處理后，可以呈現出良好的抗紫外和超疏水性能。(Wang L L, Zhang X T, Fu Y，Li B，Liu YC.B1inspired preparat1n of ultrathin S12 shell on ZnO nanowire array forultrav1let-durable superhydrophobicity.Langmuir 2009，25 (23)，13619-13624.Gao Y Qj GereigeIj Labban A E，et al.Highly transparent and UV-resistantsuperhydrophobic S12-Coated ZnO nanorod arrays.)眾所周知，SiCiS12 同軸納米電纜具有良好的機械性能，可以作為高分子聚合物(例如，橡膠密封圈)的增強體，然而，SiCiS12同軸納米電纜本身具有超親水性能，這將導致其與高分子聚合物相容差、分散不均一，因此，對SiCiS12同軸納米電纜進行超疏水處理具有十分重要的意義。在最近的報道中，Kwak等人釆用了一種簡單的化學包覆法，以OTS為改性劑對SiC@Si02同軸納米電纜進行了疏水改性處理，得到了具有超疏水性的SiCiS12同軸納米電纜表面(KwakGj Lee Mj SenthilKj Yong K.Wettability control and water droplet dynamics onSiC-Si02core-shell nanowires.Langmuir 2010, 26(14), 12273-12277);然而，改性劑 OTS有巨毒，不可避免地對生態環境造成嚴重污染，同時，改性溫度較低(4°C )，不適合規模化處理。
[0005]綜上所述，開發一種簡單、溫和、綠色環保的超疏水SiC@Si02同軸納米電纜表面的改性方法具有重要的理論意義和廣闊的實際應用前景。
【發明內容】
[0006]本發明提出了一種操作簡單，條件溫和，綠色環保的化學包覆法，以FAS為改性劑對SiC@Si02同軸納米電纜進行疏水改性處理，獲得了具有超疏水性的SiC@Si02同軸納米電纜表面。
[0007]本發明的技術方案是:以FAS為改性劑，乙醇和蒸餾水為溶劑，使用冰醋酸調節制得的FAS乙醇蒸餾水混合溶液的PH = 4，改性溫度為25°C，改性時間為24h，采用化學包覆法使FAS分子鍵合在SiC@Si02同軸納米電纜的表面，得到了具有超疏水表面的SiC@Si02同軸納米電纜。其步驟如下:
[0008]步驟1:分別量取30 μ lFAS、3ml乙醇及30 μ I蒸餾水置于潔凈干燥的塑料管中，用玻璃棒攪拌，使FAS迅速溶解，然后往上述盛有FAS乙醇混合溶液的塑料管中滴加冰醋酸，調節FAS乙醇混合溶液的PH = 4。
[0009]步驟2:取生長在石墨基片上的SiC@Si02同軸納米電纜放入上述裝有FAS乙醇蒸餾水混合溶液的塑料管中，密封管口，然后將塑料管置于恒溫水浴中；
[0010]步驟3:調節改性溫度為25°C，在此溫度下靜置24h ；
[0011]步驟4:用乙醇清洗改性后試樣3次，再把其放入鼓風干燥箱中，80°C下干燥12h，得到改性后樣品；并對此樣品進行水靜止接觸角測試。
[0012]本發明采用化學包覆法，以FAS為改性劑對SiC@Si02同軸納米電纜進行疏水改性處理，獲得了具有超疏水表面的SiC@Si02同軸納米電纜，克服了工藝操作復雜、實驗條件苛刻及所用改性劑毒性較大等缺點，該方法具有簡單、溫和、綠色環保的特點，具有廣闊的工業化前景。
【附圖說明】
[0013]下面結合附圖及實施例對本發明作進一步說明。
[0014]圖1為未處理的SiC@Si02同軸納米電纜SEM照片、TEM照片及水靜止接觸角照片。
[0015]圖2為未處理的SiC@Si02同軸納米電纜的XRD圖譜。
[0016]圖3為具有超疏水表面的SiC@Si02同軸納米電纜的SEM照片及水靜止接觸角照片。
[0017]圖4為具有超疏水表面的SiC@Si02同軸納米電纜的XRD圖譜。
【具體實施方式】
[0018]實施例1.首先，量取30 μ lFAS、3ml乙醇及30 μ I蒸餾水置于潔凈干燥的塑料管中，用玻璃棒攪拌，使FAS迅速溶解，然后向上述FAS乙醇蒸餾水的混合溶液中滴加冰醋酸，調節混合溶液的PH = 4 ;其次，取生長在石墨基片上的SiC@Si02同軸納米電纜浸入上述裝有FAS乙醇溶液的塑料管中，密封管口，將塑料管置于恒溫水浴中；然后，調節改性溫度為25°C，在此溫度下靜置24h ;最后，用乙醇清洗改性后試樣3次，再把其放入鼓風干燥箱中，80°C下干燥12h，得到改性后樣品；并對此樣品進行靜止水接觸角測試。未處理的S1gS12同軸納米電纜的SEM、TEM、水靜止接觸角及XRD表征結果分別見圖1及圖2 ;經過表面超疏水處理后的SiClgS12同軸納米電纜的SEM、水靜止接觸角及XRD表征結果分別見圖3及圖4。結果表明，超疏水處理后SiClgS12同軸納米電纜表面的水靜止接觸角為153°，此外，經過超疏水處理后未改變其形貌、微觀結構及晶態。
【主權項】
1.一種獲得SiC@Si02同軸納米電纜超疏水表面的改性方法，其特征在于:以十七氟奎基三乙氧基硅烷(其縮寫為FAS)為改性劑、乙醇和蒸餾水為溶劑，配制FAS乙醇蒸餾水混合溶液，使用冰醋酸調節FAS乙醇蒸餾水混合溶液的PH值，將SiClgS12同軸納米電纜在改性溫度為25°C下，浸泡于上述混合溶液中，靜置24h，使FAS分子鍵合在SiClgS12同軸納米電纜的表面，從而獲得了水靜止接觸角為153°的SiClgS12同軸納米電纜超疏水表面。
2.根據權利要求1所述的SiClgS12同軸納米電纜超疏水表面的改性方法，其特征在于:FAS、乙醇及蒸餾水的體積分別為30 μ l、3ml及30 μ 1，使用冰醋酸調節FAS乙醇蒸餾水混合溶液的PH值為4。
【專利摘要】本發明涉及一種獲得SiC@SiO2同軸納米電纜超疏水表面的改性方法。以FAS為改性劑，采用一種簡單、溫和、綠色環保的化學包覆法對SiC@SiO2同軸納米電纜進行疏水改性，將SiC@SiO2同軸納米電纜在25℃下浸泡于FAS混合溶液中，靜置24h，使FAS分子鍵合在SiC@SiO2同軸納米電纜表面，從而獲得了水靜止接觸角為153°的SiC@SiO2同軸納米電纜超疏水表面，經過超疏水處理后未改變其形貌、微觀結構及晶態；這將為其他包覆SiO2殼的納米電纜的超疏水改性處理提供了一種可行性的線索。
【IPC分類】C09K3-18, H01B13-00
【公開號】CN104733132
【申請號】CN201410419279
【發明人】李鎮江, 趙健, 孟阿蘭, 張猛
【申請人】青島科技大學
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2014年8月23日