具有凹槽狀基底超潤(rùn)滑表面材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種表面材料及其制備方法。具體涉及一種帶有凹槽狀的基底上生長(zhǎng)四氧化三鈷的超潤(rùn)滑表面材料其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]人類生存的環(huán)境無(wú)不存在于細(xì)菌或微生物中，從日常生活的家居用品如廚具、廁衛(wèi)防污、玻璃門窗等，到醫(yī)療、高科技生物、化工等工業(yè)生產(chǎn)等技術(shù)中的應(yīng)用，如蛋白質(zhì)分子防污染、血液污染、石油管道和船舶減阻等。隨著時(shí)間的推移，細(xì)菌及其它微生物將慢慢附著到所用的設(shè)備或醫(yī)療器械上，將導(dǎo)致儀器設(shè)備附著細(xì)菌部分的腐蝕，這樣會(huì)造成醫(yī)療事故、加大船體耗油量及摩擦阻力、石油管道斷裂或降低生產(chǎn)效率增加成本等問(wèn)題，嚴(yán)重影響了日常生活及工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，從而也阻礙了我國(guó)工業(yè)及醫(yī)療器械的發(fā)展。
[0003]為了抑制細(xì)菌等微生物的附著及對(duì)儀器設(shè)備的腐蝕，一種方法是在基底表面上制備一層超疏水膜層，所謂超疏水膜層就是對(duì)水的靜態(tài)接觸角為150°以上，滾動(dòng)角小于5°的表面。但是大部分超疏水表面只對(duì)水具有抗粘附性，很不堅(jiān)固，抗腐蝕性很差，還不具有防冰雪、抗氧化、抗霧等性能，無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間放置在細(xì)菌等微生物存在的環(huán)境下。所以現(xiàn)在要制備出比超疏水表面更加具有應(yīng)用性的表面。參見(jiàn):Zhao L，Liu Q, Gao R，WangJ, Yang WL, et al.[J].Corros.Sc1., 2014, 177-183.Wang N., X1ng D.S.[J].Appl.Surf.Sc1.2014，603-608o

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種能夠有效抑制潤(rùn)滑液的快速流失，通過(guò)緩慢釋放的方式達(dá)到長(zhǎng)時(shí)間的應(yīng)用具有凹槽狀基底超潤(rùn)滑表面材料。本發(fā)明的目的還在于提供一種具有凹槽狀基底超潤(rùn)滑表面材料的制備方法。
[0005]本發(fā)明的具有凹槽狀基底超潤(rùn)滑表面材料包括多級(jí)凹槽狀基底，在多級(jí)凹槽狀基底上生長(zhǎng)的微納米多級(jí)結(jié)構(gòu)四氧化三鈷經(jīng)過(guò)潤(rùn)滑液修飾以后得到的超潤(rùn)滑表面。
[0006]所述多級(jí)凹槽狀基底為泡沫鎳、海綿、碳布、陽(yáng)極氧化的多孔金屬或微弧氧化的多孔金屬。
[0007]本發(fā)明的具有凹槽狀基底超潤(rùn)滑表面材料的制備方法為:通過(guò)水熱法在帶有多級(jí)凹槽狀基底上生長(zhǎng)四氧化三鈷，得到微納米二級(jí)結(jié)構(gòu)表面，用全氟潤(rùn)滑液浸泡后，得到微納米級(jí)超潤(rùn)滑表面。
[0008]本發(fā)明的具有凹槽狀基底超潤(rùn)滑表面材料的制備方法還可以包括:
[0009]1、所述通過(guò)水熱法在帶有多級(jí)凹槽狀基底上生長(zhǎng)四氧化三鈷的方法為:經(jīng)過(guò)超聲的帶有多級(jí)凹槽狀基底，與六水合硝酸鈷、尿素和氟化銨混合置于反應(yīng)釜中，放到110°C烘箱中反應(yīng)5h。
[0010]2、所述用全氟潤(rùn)滑液浸泡是放入到全氟潤(rùn)滑液中浸泡12?24h。
[0011]本發(fā)明的超潤(rùn)滑表面的設(shè)計(jì)思路為通過(guò)在基底上生長(zhǎng)微納米多級(jí)結(jié)構(gòu)的四氧化三鈷，經(jīng)過(guò)潤(rùn)滑液修飾以后，得到超潤(rùn)滑表面。構(gòu)筑這種微納米多級(jí)結(jié)構(gòu)的四氧化三鈷能夠在后續(xù)得到的超滑表面中起到抑制潤(rùn)滑液快速流出，起到緩慢釋放作用，長(zhǎng)時(shí)間保持超滑性能。
[0012]本發(fā)明中的超潤(rùn)滑表面首先通過(guò)構(gòu)筑納米級(jí)多孔片層結(jié)構(gòu)，然后在生長(zhǎng)一層微納米多級(jí)片狀結(jié)構(gòu)，最后經(jīng)過(guò)潤(rùn)滑液修飾得到超潤(rùn)滑表面。同時(shí)，這種超潤(rùn)滑表面提供一種性能優(yōu)于超疏水表面的材料，即能夠長(zhǎng)時(shí)間處于細(xì)菌滋生的環(huán)境下，抑制表面污染物的附著及腐蝕的速度，并且具有自清潔、抗腐蝕、防污、防冰雪、抗氧化、抗霧等性能。這對(duì)于以后的工業(yè)發(fā)展具有重要意義。
[0013]這種超潤(rùn)滑表面能夠有效抑制血液，十六烷，咖啡，果汁，醬油、生物的粘附，這些復(fù)雜液體在表面的流動(dòng)速度為1.5cm/so另外，還具有很好的抗腐蝕性能，該表面能夠在人工海水(3.5% NaCl)中放置達(dá)到3個(gè)月以上。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用工藝簡(jiǎn)單的水熱法，基體與無(wú)污染的六水合硝酸鈷(Co (NO3)2.6H20)，尿素(NH2(CO)NH2)和氟化銨(NH4F)混合，經(jīng)一步水熱法在樣品表面生成四氧化三鈷。再由DuPont Krytox潤(rùn)滑油的修飾后得到了超潤(rùn)滑表面。該方法制備得到的多級(jí)結(jié)構(gòu)能夠有效抑制潤(rùn)滑液的快速流失，通過(guò)緩慢釋放的方式達(dá)到長(zhǎng)時(shí)間的應(yīng)用。
[0015]這種制備超潤(rùn)滑表面的方法適用于任何帶有多級(jí)凹槽狀基底(泡沫鎳，海綿，碳布，陽(yáng)極氧化或微弧氧化的多孔金屬等)。
[0016]這種超潤(rùn)滑表面可以應(yīng)用到家居日用品領(lǐng)域中，如廚具、廁衛(wèi)防污、防油、玻璃門窗的防污等。另一個(gè)就是在醫(yī)療、高科技生物、化工等工業(yè)生產(chǎn)等技術(shù)中的應(yīng)用，如蛋白質(zhì)分子防污染、血液污染、石油管道和艦艇減阻，防污、飛機(jī)和雷達(dá)的防冰雪等。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1微納米級(jí)多級(jí)結(jié)構(gòu)的模擬示意圖。
[0018]圖2a至圖2d超潤(rùn)滑表面的抗腐蝕性能圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]本發(fā)明的具有凹槽狀基底超潤(rùn)滑表面材料的制備方法主要包括如下步驟:
[0020]步驟1:將基底材料置于腐蝕性溶液中，刻蝕成具有凹槽狀表面，用去離子水清洗；
[0021]步驟2:將基底材料分別在乙醇和蒸餾水中超聲30min，將處理后的吹干待用。0.1 ?0.5g 六水合硝酸鈷(Co (NO3) 2.6Η20)，0.1 ?0.4g 尿素(NH2 (CO) NH2)和 0.01 ?0.1g氟化銨(NH4F)放在70ml蒸餾水中磁力攪拌30min。處理后的基底材料與Co(NO3)2.6H20，NH2 (CO) NHjP NH 4F混合置于反應(yīng)釜中，放到110 °C烘箱中反應(yīng)5h，在基底表面生長(zhǎng)四氧化三鉆；
[0022]步驟3:將帶有四氧化三鈷的材料浸泡在全氟潤(rùn)滑液中12?24h，得到多級(jí)凹槽狀超潤(rùn)滑表面。全氟潤(rùn)滑液選擇 DuPonT Krytox GPL 104，105，106，203，204，205，206，207。
[0023]下面舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)的描述。
[0024]實(shí)施例1
[0025]本項(xiàng)新型表面材料為在帶有凹槽的基底上生長(zhǎng)微納米多級(jí)結(jié)構(gòu)的四氧化三鈷，經(jīng)過(guò)DuPont Krytox潤(rùn)滑液修飾，得到具有超潤(rùn)滑表面材料。
[0026]其制備方法為
[0027]步驟1:將材料置于腐蝕性溶液中，刻蝕成具有凹槽狀表面，用去離子水清洗；
[0028]步驟2:將材料分別在乙醇和蒸餾水中超聲30min，將處理后的吹干待用。0.1?0.5g 六水合硝酸鈷(Co (N03) 2.6Η20)，0.1 ?0.4g 尿素(NH2 (CO) NH2)和 0.01 ?0.lg 氟化銨(NH4F)放在70ml蒸餾水中磁力攪拌30min。處理后的材料與Co (Ν03) 2.6Η20，NH2 (CO) NH2和NH4F混合置于反應(yīng)釜中，放到110°C烘箱中反應(yīng)5h，在海綿表面生長(zhǎng)四氧化三鈷；
[0029]步驟3:將帶有四氧化三鈷的材料浸泡在DuPont Krytox中12?24h，得到多級(jí)凹槽狀超潤(rùn)滑表面。
[0030]實(shí)施例2
[0031]本實(shí)施例與實(shí)施例1基本相同，不同之處:DuPont Krytox的型號(hào)為104或105或106 或 203 或 204 或 205 或 206 或 207.
[0032]實(shí)施例3
[0033]本實(shí)施例為凹槽狀海綿基超潤(rùn)滑表面材料，與實(shí)施例2基本相同，不同之處:基底材料為海綿，步驟1改為2cmX 2cm海綿用全氟潤(rùn)滑液浸泡30min。
[0034]液體在表面的流動(dòng)速度為1.5cm/So另外，還具有很好的抗腐蝕性能，該表面能夠在人工海水(3.5% NaCl)中放置達(dá)到3個(gè)月以上。
[0035]實(shí)施例4
[0036]本實(shí)施例為凹槽狀陽(yáng)極氧化鋁基超潤(rùn)滑表面材料，與實(shí)施例2基本相同，不同之處:基底材料為陽(yáng)極氧化鋁，步驟1改為2cmX2cm四氧化三姑修飾的陽(yáng)極氧化鋁用全氟潤(rùn)滑液浸泡30min。
[0037]液體在表面的流動(dòng)速度為1.5cm/So另外，還具有很好的抗腐蝕性能，該表面能夠在人工海水(3.5% NaCl)中放置達(dá)到3個(gè)月以上。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種具有凹槽狀基底超潤(rùn)滑表面材料，其特征是:包括多級(jí)凹槽狀基底，在多級(jí)凹槽狀基底上生長(zhǎng)的微納米多級(jí)結(jié)構(gòu)四氧化三鈷經(jīng)過(guò)潤(rùn)滑液修飾以后得到的超潤(rùn)滑表面。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有凹槽狀基底超潤(rùn)滑表面材料，其特征是:所述多級(jí)凹槽狀基底為泡沫鎳、海綿、碳布、陽(yáng)極氧化的多孔金屬或微弧氧化的多孔金屬。3.一種具有凹槽狀基底超潤(rùn)滑表面材料的制備方法，其特征是:通過(guò)水熱法在帶有多級(jí)凹槽狀基底上生長(zhǎng)四氧化三鈷，得到微納米二級(jí)結(jié)構(gòu)表面，用全氟潤(rùn)滑液浸泡后，得到微納米級(jí)超潤(rùn)滑表面。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有凹槽狀基底超潤(rùn)滑表面材料的制備方法，其特征是所述通過(guò)水熱法在帶有多級(jí)凹槽狀基底上生長(zhǎng)四氧化三鈷的方法為:經(jīng)過(guò)超聲的帶有多級(jí)凹槽狀基底，與六水合硝酸鈷、尿素和氟化銨混合置于反應(yīng)釜中，放到110°C烘箱中反應(yīng)5h。5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的具有凹槽狀基底超潤(rùn)滑表面材料的制備方法，其特征是:所述用全氟潤(rùn)滑液浸泡是放入到全氟潤(rùn)滑液中浸泡12?24h。6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的具有凹槽狀基底超潤(rùn)滑表面材料的制備方法，其特征是:所述多級(jí)凹槽狀基底為泡沫鎳、海綿、碳布、陽(yáng)極氧化的多孔金屬或微弧氧化的多孔金屬。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有凹槽狀基底超潤(rùn)滑表面材料的制備方法，其特征是:所述多級(jí)凹槽狀基底為泡沫鎳、海綿、碳布、陽(yáng)極氧化的多孔金屬或微弧氧化的多孔金屬。
【專利摘要】本發(fā)明提供的是一種具有凹槽狀基底超潤(rùn)滑表面材料及其制備方法。通過(guò)水熱法在帶有多級(jí)凹槽狀基底上生長(zhǎng)四氧化三鈷，得到微納米二級(jí)結(jié)構(gòu)表面，用全氟潤(rùn)滑液浸泡后，得到微納米級(jí)超潤(rùn)滑表面。這種微納米多級(jí)表面結(jié)構(gòu)能夠有效抑制潤(rùn)滑液流出，使表面長(zhǎng)時(shí)間保持超滑。這種超潤(rùn)滑表面對(duì)低表面張力液體都具有潤(rùn)滑性，另外還具有自清潔、防污、防水、防冰雪、抗氧化、減阻抗腐蝕和抗霧性能。
【IPC分類】B05D7/14, C23C28/04, C08J9/42, B05D7/24, B05D5/00, D06M11/49, D06M15/53
【公開(kāi)號(hào)】CN105237797
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510593657
【發(fā)明人】王君, 宋婷婷, 劉琦, 張宏森, 陳蓉蓉, 李茹民, 劉連河
【申請(qǐng)人】哈爾濱工程大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年1月13日
【申請(qǐng)日】2015年9月17日