CN102241481A

CN102241481A - 一种ZnO三维超结构薄膜材料的制备方法

Info

Publication number: CN102241481A
Application number: CN2011100971558A
Authority: CN
Inventors: 胡俊青; 孙彦刚; 邹儒佳; 李文尧; 田启威; 吴江红; 陈志钢
Original assignee: Donghua University
Current assignee: Donghua University
Priority date: 2011-04-18
Filing date: 2011-04-18
Publication date: 2011-11-16

Abstract

本发明涉及一种ZnO三维超结构薄膜材料的制备方法，包括：(1)将氨水、氢氧化钠和锌盐混合，配制成锌离子前驱体溶液，在反应釜中装入60-80％体积的锌离子前驱体溶液，加入表面活性剂，搅拌均匀；(2)将经过前处理的导电玻璃基片浸入上述反应釜中，于160-180℃反应10-12小时，反应完成后，自然冷却至室温，将基片洗涤干燥，即得。本发明操作简单，不需要复杂设备，成本低廉，所制得的ZnO三维超结构薄膜在无损失液体运输材料、液体携带材料等方面有应用潜力。

Description

一种ZnO三维超结构薄膜材料的制备方法

技术领域

本发明属于ZnO薄膜材料的制备领域，特别涉及一种ZnO三维超结构薄膜材料的制备方法。

背景技术

固体表面的超疏水性可以广泛的应用于微流管道高效运输、卫星天线防尘、电缆防冰、潜艇表面降阻以及日常生活等方面，近年来引起了科研工作者的普遍关注。水滴在固体表面的接触角大于150°时，一般认定为是超疏水表面。固态超疏水表面一般应具备以下两个条件：一是在固体表面覆盖一层低表面能的物质，一是在固体表面构造粗糙的微纳米复合结构。由于超疏水表面在人们生产生活中拥有很大的潜在应用价值，人们已经探索出多种制备方法，例如，阳极氧化、相分离法、模板法、平版印刷与等离子体刻蚀等方法。涉及的材料包括碳基材料、聚合物、纳米结构的无机氧化物等(Feng et al，Langmuir，2008，24，4114)。

另一方面，依据滞后角的大小，又可以将超疏水表面分为低粘附力超疏水表面与高粘附力超疏水表面。高粘附力超疏水表面的特点是，水滴在倾斜的高粘附力超疏水表面上并不移动，当液滴不是很大时，即使将表面倾斜或反转180°液滴也不脱落。具有上述特性高粘附力超疏水表面可以广泛的应用于无损失液体运输、液体携带材料与微量移液管等方面。人们利用生物模拟的方法，通过观察玫瑰花瓣、向日葵花瓣的表面特征，已经制备了具有类似结构拥有高粘附力、超疏水性能的聚苯乙烯薄膜与聚二甲基硅烷薄膜(Jiang et al，Accounts of chemicalresearch，2010，43，368-377)；利用低表面能物质修饰固体表面，同样可以获得高粘附力超疏水表面，如使用氟甲基硅烷修饰等；也有人利用化学气相沉积法制备了有一定的毒性的、近超疏水性的WSe₂薄膜。因此，需要发展一种简单、方便的方法，制备环境友好的、拥有高粘附力超疏水的薄膜材料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种ZnO三维超结构薄膜材料的制备方法，该方法操作简单，不需要复杂设备，成本低廉，所制得的ZnO三维超结构薄膜在无损失液体运输材料、液体携带材料等方面有应用潜力。

本发明的一种ZnO三维超结构薄膜材料的制备方法，包括：

(1)将氨水、氢氧化钠和锌盐混合，配制成锌离子前驱体溶液，其中，锌离子的浓度为0.05-0.2mol/L，氢氧化钠的浓度为0.1-0.4mol/L，氨水的浓度为2.0-3.0mol/L；在反应釜中装入60-80％体积(相对于反应釜体积)的锌离子前驱体溶液，加入0.2-0.6mL表面活性剂，搅拌均匀；

(2)将经过前处理的导电玻璃基片浸入上述反应釜中，于160-180℃反应10-12小时，反应完成后，自然冷却至室温，将基片洗涤干燥，即得。

所述步骤(1)中的锌盐为乙酸锌。

所述步骤(1)中的表面活性剂为聚乙二醇400、聚乙二醇2000或聚乙二醇6000。

所述步骤(2)中的导电玻璃基片前处理为依次经过丙酮、酒精和去离子水超声清洗5-10分钟。

所述步骤(2)中的洗涤为用乙醇、去离子水洗涤，干燥为于60-80℃干燥3-5小时。

本发明在无后续使用低表面能物质修饰产品表面的基础上，以常见的无机物与表面活性剂为原料，通过调控水热反应过程中反应物的浓度、时间、温度等实验参数，制备出ZnO三维超结构，得到大面积分布均匀的高粘附力超疏水性的ZnO三维超结构薄膜，并且当改变反应参数时，可以改变ZnO三维超结构尺寸与形貌。

有益效果

(1)本发明操作简单，不需要复杂设备，成本低廉；

(2)所制得ZnO三维超结构薄膜面积大、分布均匀，具有高粘附力和超疏水性，接触角达到154.1°，在无损失液体运输材料、液体携带材料等方面有应用潜力。

附图说明

图1为本发明中制备的ZnO三维超结构薄膜的低倍扫描电镜图片；

图2为本发明中制备的ZnO三维超结构薄膜的高倍扫描电镜图片；

图3为本发明中制备的ZnO三维超结构薄膜XRD图片；

图4为本发明中制备的ZnO三维超结构薄膜表面润湿性图片。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

将导电玻璃基片依次经过丙酮、酒精、去离子水超声清洗5分钟，配制氨水(3.0mol/L)、氢氧化钠(0.1mol/L)和锌盐(乙酸锌，0.05mol/L)的透明锌离子前驱体溶液，在聚四氟乙烯材料的反应釜内胆中装入60％体积的锌离子前驱体溶液，加入0.2ml聚乙二醇400表面活性剂，搅拌10分钟，将导电玻璃基片水平浸入到反应内胆底部，密封；将反应釜至于160℃的烘箱中处理10小时，反应完成后，自然冷却至室温，收集基片，分别用乙醇、去离子水冲洗数次，60℃、干燥3小时，得到ZnO三维超结构薄膜。

实施例2

将导电玻璃基片依次经过丙酮、酒精、去离子水等超声清洗5分钟，配制氨水(2.5mol/L)、氢氧化钠(0.2mol/L)和锌盐(乙酸锌，0.1mol/L)的透明锌离子前驱体溶液，在聚四氟乙烯材料的反应釜内胆中装入70％体积的锌离子前驱体溶液，加入0.4ml聚乙二醇2000表面活性剂，搅拌10分钟，将导电玻璃基片水平浸入到反应内胆底部，密封；将反应釜至于170℃的烘箱中处理12小时，反应完成后，自然冷却至室温，收集基片，分别用乙醇、去离子水冲洗数次，60℃、干燥3小时，得到ZnO三维超结构薄膜。

实施例3

将导电玻璃基片依次经过丙酮、酒精、去离子水等超声清洗10分钟，配制氨水(2.0mol/L)、氢氧化钠(0.3mol/L)和锌盐(乙酸锌，0.15mol/L)的透明锌离子前驱体溶液，在聚四氟乙烯材料的反应釜内胆中装入80％体积的锌离子前驱体溶液，加入0.6ml聚乙二醇6000表面活性剂，搅拌10分钟，将导电玻璃基片水平浸入到反应内胆底部，密封、将反应釜至于180℃的烘箱中处理12小时，反应完成后，自然冷却至室温，收集基片，分别用乙醇、去离子水冲洗数次，60℃、干燥3小时，得到ZnO三维超结构薄膜。

实施例4

将导电玻璃基片依次经过丙酮、酒精、去离子水等超声清洗5分钟，配制氨水((2.0mol/L)、氢氧化钠(0.4mol/L)和锌盐(乙酸锌，0.2mol/L)的透明锌离子前驱体溶液，在聚四氟乙烯材料的反应釜内胆中装入80％体积的锌离子前驱体溶液，加入0.2ml聚乙二醇400表面活性剂，搅拌10分钟，将导电玻璃基片水平浸入到反应内胆底部，密封；将反应釜至于180℃的烘箱中处理12小时，反应完成后，自然冷却至室温，收集基片，分别用乙醇、去离子水冲洗数次，80℃、干燥5小时，得到ZnO三维超结构薄膜。

Claims

1.一种ZnO三维超结构薄膜材料的制备方法，包括：

(1)将氨水、氢氧化钠和锌盐混合，配制成锌离子前驱体溶液，其中，锌离子的浓度为0.05-0.2mol/L，氢氧化钠的浓度为0.1-0.4mol/L，氨水的浓度为2.0-3.0mol/L；在反应釜中装入60-80％体积的锌离子前驱体溶液，加入0.2-0.6mL表面活性剂，搅拌均匀；

2.根据权利要求1所述的一种ZnO三维超结构薄膜材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的锌盐为乙酸锌。

3.根据权利要求1所述的一种ZnO三维超结构薄膜材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的表面活性剂为聚乙二醇400、聚乙二醇2000或聚乙二醇6000。

4.根据权利要求1所述的一种ZnO三维超结构薄膜材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的导电玻璃基片前处理为依次经过丙酮、酒精和去离子水超声清洗5-10分钟。

5.根据权利要求1所述的一种ZnO三维超结构薄膜材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的洗涤为用乙醇、去离子水洗涤，干燥为于60-80℃干燥3-5小时。