CN109135356A - 一种碳化硅纳米线疏水涂层及其制备方法 - Google Patents

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李斌斌
毛帮笑
黄海泉
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Abstract

本发明公开了一种碳化硅纳米线疏水涂层及其制备方法，其特征在于，所述的碳化硅纳米线疏水涂层由直径为30‑100nm的碳化硅纳米线组成，厚度为0.5‑1.0mm，疏水角为150°；利用先驱体聚碳硅烷粉末1100‑1200℃热解、在基体上沉积得到碳化硅纳米线疏水涂层。本发明通过一步法在基体上制备得到碳化硅纳米线疏水涂层，制备工艺简单，该碳化硅纳米线疏水涂层具有超疏水、自清洁、超轻超薄的优点且可以在腐蚀性等苛刻的环境中长时间应用。

Description

一种碳化硅纳米线疏水涂层及其制备方法
技术领域
本发明属于纳米材料制备技术领域，具体涉及一种碳化硅纳米线疏水涂层及其制备方法。
背景技术
超疏水涂层凭借其表面特殊的浸润性和较低的表面能，具有抗冰、防污损、隐身、油水分离等多功能综合性能，这决定了超疏水涂层材料无论在国防重工业、还是在日常轻工业以及日常生活等方面都具有良好的应用潜力以及必要的研究空间。尤其是在航空航天材料领域，超疏水涂层更加具有发展潜力。超疏水涂层的自清洁性能可以通过液体的流动带走飞机表面的污染物，可以从一定程度上减轻飞机的自重，减少燃料的携带与使用，提高安全系数，进而达到节能减排降低能耗的效果，同时可以降低定时清洗飞机外壳的人力物力劳动成本；在高空中行驶的航空航天机械长期处于较为潮湿的环境中，进入发动机的燃料或多或少会掺入水蒸气，所以对燃料进行有效的油水分离非常关键，这会提高发动机的工作效率，同时可延长发动机的使用寿命，进而提高航空航天机械作业的安全性。
随着科技水平的提高和加工工艺的发展，虽然出现了许多超疏水表面的加工方法，但其本质都是通过降低固体表面的表面能和增加固体表面的粗糙度(即在微纳米结构表面上生成一层低表面能的物质)来实现疏水性质的目的。如授权公开号CN102527613A的中国发明专利公开了一种微纳米低表面疏水型复合防垢涂层的液相沉积-浸渍制备方法，它包括以下步骤：(a)将待沉积的不锈钢基底进行打磨、抛光和清洗；(b)用稀酸超声处理不锈钢基底使不锈钢基底表面形成粗糙结构层，用蒸馏水冲洗干净，室温晾干；(c)将表面具有粗糙结构层的不锈钢基底置于处于20-80℃的恒温水浴中的混合溶液中沉积制备基片；(e)将晾干的基片放入N2保护的电阻炉中进行烧结，烧结完成后降至常温取出；(f)将具有TiO2涂层的基片浸渍于质量浓度为0.1％-3％的氟硅烷疏水溶液中，取出后放入温度为100-200℃的烘箱中烘干。但是这种化学改性的疏水涂层与基体结合不牢固，难以应用在耐腐蚀等苛刻环境中应用。申请公开号CN106009791A的中国发明专利公开了一种超亲水颗粒杂化的超疏水涂层及其制备方法，基片依次用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗15min，去除表面的油污和粉尘；接着，用无水乙醇淋洗，冷风吹干，备用；对纳米SiO2溶胶进行氟硅烷改性，获得超疏水涂层喷涂溶液，将超亲水性的单分散球式纳米SiO2溶液、硅微粉、玻璃微珠分别加入到上述超疏水涂层喷涂溶液中，搅拌均匀，喷涂在基片上，固化后得到超亲水颗粒杂化的超疏水涂层。这种方法未使用烧结技术，得到的涂层较厚，易于开裂，而且制备方法较复杂。
因此，制备一种超疏水、自清洁、超轻超薄且可以在腐蚀性及苛刻环境中应用的疏水涂层迫在眉睫。
创新点：利用先驱体低温热解工艺一步直接得到碳化硅纳米线疏水涂层，工艺过程简单，此涂层具有超疏水、自清洁、超轻超薄的优点且可以在腐蚀性等苛刻的环境中长时间应用。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于提供一种耐腐蚀的，具有超疏水、自清洁、超轻超薄优点的碳化硅纳米线疏水涂层及其制备方法。
本发明所述的碳化硅纳米线疏水涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)将基体依次用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗10min，去除表面的粉尘，氮气吹干待用；
(2)将0.8-1.2g聚碳硅烷研磨成粉末，放置于100℃烘箱加热3h，烘干备用；
(3)将(2)中的聚碳硅烷均匀置于陶瓷坩埚中，将陶瓷坩埚放置于管式炉的高温区，将基体放置于管式炉中尾部；将管式炉抽真空，通入氩气，保证管式炉中为常压，之后将管式炉以5-10℃/min升至1100-1200℃，保温2-3h，之后随炉冷却至室温，打开管式炉在基体上制备了碳化硅纳米线疏水涂层。
本发明一种碳化硅纳米线疏水涂层的制备方法，包括以下有益效果：
本发明通过一步法在基体上制备了碳化硅纳米线疏水涂层，此涂层具有超疏水、自清洁、超轻超薄的优点且可以在腐蚀性等苛刻的环境中长时间应用。
附图说明
图1为碳化硅纳米线疏水涂层疏水角示意图
图2为碳化硅纳米线疏水涂层SEM图
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
(1)将基体依次用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗10min，去除表面的粉尘，氮气吹干待用；
(2)将1.2g聚碳硅烷研磨成粉末，放置于100℃烘箱加热3h，烘干备用；
(3)将(2)中的聚碳硅烷均匀置于陶瓷坩埚中，将陶瓷坩埚放置于管式炉的高温区，将基体放置于管式炉中尾部；将管式炉抽真空，通入氩气，保证管式炉中为常压，之后将管式炉以10℃/min升至1200℃，保温2h，之后随炉冷却至室温，打开管式炉在基体上制备了碳化硅纳米线疏水涂层。
实施例2
(1)将基体依次用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗10min，去除表面的粉尘，氮气吹干待用；
(2)将0.8g聚碳硅烷研磨成粉末，放置于100℃烘箱加热3h，烘干备用；
(3)将(2)中的聚碳硅烷均匀置于陶瓷坩埚中，将陶瓷坩埚放置于管式炉的高温区，将基体放置于管式炉中尾部；将管式炉抽真空，通入氩气，保证管式炉中为常压，之后将管式炉以5℃/min升至1100℃，保温2.5h，之后随炉冷却至室温，打开管式炉在基体上制备了碳化硅纳米线疏水涂层。
实施例3
(1)将基体依次用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗10min，去除表面的粉尘，氮气吹干待用；
(2)将1.0g聚碳硅烷研磨成粉末，放置于100℃烘箱加热3h，烘干备用；
(3)将(2)中的聚碳硅烷均匀置于陶瓷坩埚中，将陶瓷坩埚放置于管式炉的高温区，将基体放置于管式炉中尾部；将管式炉抽真空，通入氩气，保证管式炉中为常压，之后将管式炉以8℃/min升至1150℃，保温3h，之后随炉冷却至室温，打开管式炉在基体上制备了碳化硅纳米线疏水涂层。
对实施例1得到的碳化硅纳米线疏水涂层进行表征，试验测试结果如图1-2所示，图1为碳化硅纳米线疏水涂层疏水角示意图，由此图可以得出涂层的疏水角为150°；图2为碳化硅纳米线疏水涂层SEM图片，从图中可以看出碳化硅纳米线具有较大长径比，直径为30-100nm，比较致密。

Claims (3)

1.一种碳化硅纳米线疏水涂层，其特征在于，涂层由直径为30-100nm的碳化硅纳米线组成，厚度为0.5-1.0mm，涂层疏水角为150°。
2.一种碳化硅纳米线疏水涂层的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)将基体依次用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗10min，去除表面的粉尘，氮气吹干待用；
(2)将0.8-1.2g聚碳硅烷研磨成粉末，放置于100℃烘箱加热3h，烘干备用；
(3)将(2)中的聚碳硅烷均匀置于陶瓷坩埚中，将陶瓷坩埚放置于管式炉的高温区，将基体放置于管式炉中尾部；将管式炉抽真空，通入氩气，保证管式炉中为常压，之后将管式炉以5-10℃/min升至1100-1200℃，保温2-3h，之后随炉冷却至室温，打开管式炉在基体上制备了碳化硅纳米线疏水涂层。
3.根据权利要求2所述的碳化硅纳米线疏水涂层的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的基体包括，碳片、陶瓷基复合材料。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN1899960A (zh) * 2005-07-21 2007-01-24 同济大学 一种碳化硅纳米线的制备方法

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Non-Patent Citations (1)

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Title
NIU JUNJIE等: "《A Novel Self-Cleaning Coating with Silicon Carbide Nanowires》", 《J. PHYS. CHEM. B》 *

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