專利名稱：一種簡易的長效超親水鉬表面的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于功能材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及鉬及其合金超親水自清潔表面的制備方法， 目前很少見到超親水鉬表面的制備合成方法，特別涉及到一種簡易長效的在金屬鉬基材表面原位制備納米尺度結(jié)構(gòu)超親水自清潔表面的構(gòu)筑方法。
背景技術(shù)：
鉬是一種廣泛應(yīng)用的稀有高熔點(diǎn)難熔金屬，其熔點(diǎn)為^20°C，十八世紀(jì)七十年代瑞典科學(xué)家c. W. Scheele發(fā)現(xiàn)鉬元素，M. Moissan經(jīng)過十余年努力才制得具有許多優(yōu)良物理化學(xué)和力學(xué)性能的金屬鉬；鉬的熔點(diǎn)高，原子間結(jié)合力極強(qiáng)，不僅具有高溫強(qiáng)度、高溫硬度高，剛度大，抗磨損性能好等良好的機(jī)械性能，而且具有導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能好，熱膨脹系數(shù)小等優(yōu)異的物理化學(xué)性能，成為21世紀(jì)發(fā)展現(xiàn)代高科技技術(shù)不可或缺的原材料和重要的戰(zhàn)略物資，鉬將在工業(yè)發(fā)展中發(fā)揮越來越重要的作用。目前，金屬鉬及其氧化物材料已在大面積集成電路、太陽能電池、軟X射線反射元件、大面積顯示設(shè)備、高效節(jié)能智能窗、TFT制造中的電極及布線材料或阻擋層材料等諸多領(lǐng)域得到應(yīng)用，因而鉬(合金)及其氧化物材料在冶金、機(jī)械、能源、環(huán)保、化工、國防、航天、 航空、電子等各個領(lǐng)域極具應(yīng)用前景。表面具備超親水性能的鉬材，可以滿足其在表面潤濕性方面的需要，廣泛提高鉬材料的應(yīng)用，目前對與鉬表面超親水性的研究在相關(guān)文獻(xiàn)和專利中未見報道。以往的研究結(jié)果表明材料表面的微觀結(jié)構(gòu)在很大程度上影響著材料的親水性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種在金屬鉬基材料表面原位制備具有納米尺度復(fù)合結(jié)構(gòu)超親水自清潔表面的方法。本發(fā)明從改善鉬材質(zhì)表面超親水潤濕性出發(fā)，利用具有親水基團(tuán)的表面活性劑分解后的離子的選擇性吸附材料表面來控制鉬材表面微觀結(jié)構(gòu)形貌，調(diào)整反應(yīng)后鉬表面微納米結(jié)構(gòu)粒子的分散聚集狀態(tài)等，以此來改變反應(yīng)后鉬表面的微觀結(jié)構(gòu)，達(dá)到穩(wěn)定超親水效果。本發(fā)明一種簡易的長效超親水鉬表面的制備方法，其特征在于，包括以下步驟(1)預(yù)清理過程對金屬鉬材分別進(jìn)行甲苯、丙酮、酒精超聲清洗，清洗后放于酒精中保存；(2)預(yù)處理過程配備質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50-60%的HNO3溶液作為表面處理劑，將步驟 (1)中的金屬鉬材用去離子水洗凈后浸入到HNO3溶液中，在40-50°C的溫度環(huán)境下保持5分鐘對表面進(jìn)行初步的預(yù)處理，以祛除表面污物與氧化物；(3)反應(yīng)過程將步驟(2)預(yù)處理后的金屬鉬材放入預(yù)先配備好的反應(yīng)溶液中，并在150-180°C溫度條件下進(jìn)行5- 小時水熱反應(yīng)，用去離子水沖洗干凈反應(yīng)后的鉬表面， 在100-200°C條件下空氣中熱處理0. 5-1.0小時即可，其中反應(yīng)溶液為質(zhì)量濃度為60-68% 的HNO3溶液和0. 05-0. 5M的十二烷基苯磺酸鈉溶液組成的混合溶液，HNO3溶液與十二烷基苯磺酸鈉溶液的體積比為(5-15) 00-100)。主要反應(yīng)式Mo+6HN03 ^ H2MO04+6N02 丨 +2H20H2MoO4 — MoO3 (晶核)+H2OMoO3 (晶核)—MoO3 (晶體)2Mo03 ^ 2MO02+02 個本發(fā)明的原理是，金屬鉬材表面本身呈現(xiàn)親水性，由Wenzel模型可知，本身親水的材料增加其表面粗糙度是降低其接觸角，改善潤濕的一種方法，即親水性隨表面粗糙程度的增加而增強(qiáng)，也就是此時的粗糙度和表面接觸角是成反比的，較大的粗糙度可以促使液滴完全浸入于表面粗糙結(jié)構(gòu)的空隙中，因此滿足Wenzel 模型的前提下增大固體表面粗糙度可以促進(jìn)界面潤濕。本發(fā)明就是通過反應(yīng)生成納米結(jié)構(gòu)氧化鉬晶體的方法提高表面粗糙度，且粗糙表面晶粒分列排布較均勻，納米結(jié)構(gòu)氧化鉬就是從表面生成的氧化鉬晶體顆粒的尺度上說的(可以見圖幻。然后十二烷基苯磺酸鈉由于酸性環(huán)境下水解，水解后的十二烷基苯磺酸根離子選擇性的吸附于生成的晶體表面，有助于鉬表面氧化鉬晶體按照一定的形狀尺度生長，反應(yīng)完全后生成的納米尺度粗糙結(jié)構(gòu)晶體，均勻一致的分布于鉬表面， 所形成的這種納米尺度結(jié)構(gòu)膜具有明顯的超親水性(反應(yīng)式如上)。本發(fā)明可以很大程度用來改善其在表面潤濕性能，廣泛提高鉬材料的應(yīng)用，制備方法工藝簡單、易操作、工藝重復(fù)性好，是一種很有價值的超親水表面制備合成方法。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果1、一種簡易的長效超親水自清潔鉬及其合金表面的制備方法。表面具備超親水性能的鉬材，可以滿足其在表面潤濕性應(yīng)用方面的需要，廣泛提高鉬材料的應(yīng)用，目前很少見到對鉬表面超親水膜的制備合成方法。2、本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于方法適用面廣、原料易得且價格便宜、成本低、合成制備方法工藝簡單、易操作、工藝重復(fù)性好。制備的鉬表面超親水膜與水的接觸角為O度，能夠使得水滴瞬間鋪展，在一定傾角下連帶灰塵一并滑落，將表面置于空氣中7個周期(15天/周期)，超親水性能穩(wěn)定持續(xù)性好。


圖1為用酸祛除表面污物與氧化物的鉬表面形貌；圖2為反應(yīng)后具有超親水鉬表面形貌。
具體實施例方式實施例1.(1)將試驗用鉬材表面分別用甲苯、丙酮和酒精超聲清洗20min后，清洗后放于酒精中保存，使用時先用去離子水洗凈；配備質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%的HNOdt為表面處理溶液，在 40°C溫度環(huán)境下將去離子水洗凈的鉬片浸入到溶液中保持5分鐘來對表面進(jìn)行初步的預(yù)處理(處理后的表面見圖1)；(2)蒸餾水溶解十二烷基苯磺酸鈉，配備摩爾濃度為0. 1/M的十二烷基苯磺酸鈉溶液40ml，常溫磁力攪拌15分鐘，將5ml 60%的HNO3加入到40ml十二烷基苯磺酸鈉溶液中充分混合量取40ml待用；將預(yù)處理后的鉬放入量取的40mml混合溶液中，放入水熱罐中并在180°C恒溫條件下進(jìn)行水熱反應(yīng)5小時；反應(yīng)結(jié)束后將鉬取出用去離子水洗凈在150°C 空氣中熱處理1. 0小時(處理后的表面見圖2、。用接觸角測量儀測試實施例中所得鉬材表面與水的接觸角為0°，表現(xiàn)出良好的超親水性。將表面置于空氣中105天后，超親水性能穩(wěn)定持續(xù)性好，與水的接觸角仍然保持為0°。實施例2.(1)將實驗準(zhǔn)備好的鉬材分別用甲苯、丙酮和酒精超聲清洗20min后，清洗后放于酒精中保存，使用時先用去離子水洗凈；配備質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的HNO3作為表面處理溶液， 在45°C溫度環(huán)境下將去離子水洗凈的鉬片浸入到溶液中保持5分鐘來對表面進(jìn)行初步的預(yù)處理；(2)配備IOOml摩爾濃度為0. 5M的十二烷基苯磺酸鈉溶液，常溫磁力攪拌15分鐘，將15ml 68%的HNO3溶液與之充分的混合；量取40ml混合液將預(yù)處理后的鉬投入其中， 放入水熱罐中并在150°C恒溫條件下進(jìn)行水熱反應(yīng)M小時；反應(yīng)結(jié)束后將鉬取出用去離子水洗凈在200°C空氣中熱處理0. 5小時。用接觸角測量儀測試實施例中所得鉬材表面與水的接觸角為0°，水滴落下瞬間鋪展表現(xiàn)出良好的超親水性。將表面置于空氣中105天后， 接觸角仍然為0°表面超親水性能能保持良好的穩(wěn)定性。實施例3.(1)將試驗用鉬分別用甲苯、丙酮和酒精超聲清洗20min后，清洗后放于酒精中保存，使用時先用去離子水洗凈；配備質(zhì)量分?jǐn)?shù)為的HNO3作為表面處理溶液，在50°C溫度環(huán)境下將去離子水洗凈的鉬片浸入到溶液中保持5分鐘來對表面進(jìn)行初步的預(yù)處理；(2)蒸餾水溶解十二烷基苯磺酸鈉，來配備70ml摩爾濃度為0. 05M的十二烷基苯磺酸鈉溶液，常溫磁力攪拌15分鐘，將IOml 65%的HNO3滴到溶液中混合量取40ml待用， 將預(yù)處理后的鉬放入量取的40ml混合溶液中，放入水熱罐中并在165°C恒溫條件下進(jìn)行水熱反應(yīng)12小時；將反應(yīng)結(jié)束后的鉬取出用去離子水洗凈在100°C空氣中熱處理0. 75小時。 用接觸角測量儀測試實施例中鉬材表面與水的接觸角為0°，水滴落下瞬間鋪展，表面置于空氣中105天后，接觸角仍然為0°，超親水性能穩(wěn)定持續(xù)性好。
權(quán)利要求
1. 一種簡易的長效超親水鉬表面的制備方法，其特征在于，包括以下步驟(1)預(yù)清理過程對金屬鉬材分別進(jìn)行甲苯、丙酮、酒精超聲清洗，清洗后放于酒精中保存；(2)預(yù)處理過程配備質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50-60%的!^03溶液作為表面處理劑，將步驟(1)中的金屬鉬材用去離子水洗凈后浸入到HNO3溶液中，在40-50°C的溫度環(huán)境下保持5分鐘對表面進(jìn)行初步的預(yù)處理，以祛除表面污物與氧化物；(3)反應(yīng)過程將步驟(2)預(yù)處理后的金屬鉬材放入預(yù)先配備好的反應(yīng)溶液中，并在 150-180°C溫度條件下進(jìn)行5- 小時水熱反應(yīng)，用去離子水沖洗干凈反應(yīng)后的鉬表面，在 100-200°C條件下空氣中熱處理0. 5-1. 0小時即可，其中反應(yīng)溶液為質(zhì)量濃度為60-68%的 HNO3溶液和0. 05-0. 5M的十二烷基苯磺酸鈉溶液組成的混合溶液，HNO3溶液與十二烷基苯磺酸鈉溶液的體積比為(5-15) 00-100)。
全文摘要
一種簡易的長效超親水鉬表面的制備方法，屬于功能材料技術(shù)領(lǐng)域。對金屬鉬分別用甲苯、丙酮、酒精超聲清洗，保存酒精中；用質(zhì)量分?jǐn)?shù)50-60％的HNO3溶液在40-50℃的環(huán)境下保持5分鐘祛除表面污物與氧化物；然后放入反應(yīng)溶液中，在150-180℃條件下進(jìn)行5-24小時水熱反應(yīng)，用去離子水沖洗干凈，在100-200℃條件下空氣中熱處理0.5-1.0小時即可，反應(yīng)溶液為質(zhì)量濃度60-68％的HNO3溶液和0.05-0.5M的十二烷基苯磺酸鈉溶液按體積比(5-15)∶(40-100)組成的溶液。本發(fā)明可以很大程度用來改善其在表面潤濕性能，廣泛提高鉬材料的應(yīng)用，制備方法工藝簡單、易操作、工藝重復(fù)性好。
文檔編號B82Y40/00GK102517576SQ20111043609
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月22日
發(fā)明者嚴(yán)輝, 侯育冬, 劉云輝, 劉晶冰, 宋雪梅, 張銘, 朱滿康, 汪浩, 王如志, 王波 申請人:北京工業(yè)大學(xué)