[发明专利]具有高热传导效率和抗垢能力的非金属膜及其制备方法

权利要求书

1.一种具有高热传导效率和抗垢能力的非金属膜，是基于金属或金属合金基底表面，其特征是：该膜由表面生长有亲水官能团的非金属构成，该表面生长有亲水官能团的非金属膜是由粒径为100～300nm的亲水金属氧化物棒形或方块形粒子堆积形成粗糙结构；或

由直径为100～300nm的表面生长有亲水官能团的非金属棒形、管状形或方块形粒子堆积形成粗糙结构；

所述的非金属是石墨、金刚石或碳纳米管；

所述的亲水官能团是羟基或羧基。

2.根据权利要求1所述的具有高热传导效率和抗垢能力的非金属膜，其特征是：所述的膜的厚度为50～500nm，膜与水的接触角小于20°。

3.根据权利要求1所述的具有高热传导效率和抗垢能力的非金属膜，其特征是：所述的基底金属是Ag、Cu、Fe或Al。

4.根据权利要求1所述的具有高热传导效率和抗垢能力的非金属膜，其特征是：所述的基底金属合金是不锈钢、镍铬合金或铁铬合金。

5.一种根据权利要求1所述的具有高热传导效率和抗垢能力的非金属膜的制备方法，其特征是：

采用电化学方法：室温下将金属或金属合金沉浸在电解槽中的电解液中，用与沉浸在电解槽中的金属相同的金属作为反应电极，该金属或Pt做对电极；或用与沉浸在电解槽中的金属合金相同的金属合金作为反应电极，该金属合金或Pt做对电极；电压控制在4～8V，将电解反应后的反应电极放入炉温为100～200℃的马弗炉中进行烧蚀；将烧蚀后的反应电极浸泡清洗干燥，得到由粒径为100～300nm的亲水金属氧化物的球形或仙人球形粒子，或者由直径为100～300nm的亲水金属氧化物棒形或方块形粒子堆积形成具有粗糙结构的亲水金属氧化物膜；或者

采用水热反应方法：在金属或金属合金上涂敷一层含有钛酸四丁酯或醋酸锌的乙醇溶液，在反应炉温为300～500℃的反应炉中烧蚀；将烧蚀后的金属或金属合金取出，放入浓度为0.1mol/L～0.2mol/L的三氯化钛盐酸水溶液中，其中三氯化钛盐酸水溶液中的盐酸的质量浓度为1％～35％；或放入含有0.02mol/L～0.05mol/L的硝酸锌和0.01mol/L～0.03mol/L的六次甲基四胺的混合水溶液中；于温度为100～200℃下反应后，清洗，干燥，得到由粒径为100～300nm的亲水金属氧化物的球形或仙人球形粒子，或者由直径为100～300nm的亲水金属氧化物棒形或方块形粒子堆积形成具有粗糙结构的亲水金属氧化物膜；或者

采用化学气相沉积法：将Ti(C₁₀H₁₄O₅)放入石英玻璃容器中温度为200～300℃的低温区域中，以体积比为1∶1的N₂/O₂的混合气体作为载气，由N₂/O₂载气将低温区域中蒸发出的固体反应物蒸气带入放置有金属或金属合金的温度为500～1000℃的高温区域中，使经过氧化反应的Ti(C₁₀H₁₄O₅)生成金属氧化物直接沉积在金属或金属合金表面；得到由粒径为100～300nm的亲水金属氧化物的球形或仙人球形粒子，或者由直径为100～300nm的亲水金属氧化物棒形粒子堆积形成具有粗糙结构的亲水金属氧化物膜；或

将金属酞菁染料放入石英玻璃容器中温度为200～300℃的低温区域中，以体积比为2∶1的Ar/H₂的混合气体作为载气，由Ar/H₂载气将低温区域中蒸发出的固体反应物蒸气带入放置有金属或金属合金的温度为500～1000℃的高温区域中，使经过还原反应的金属酞菁染料生成非金属直接沉积在金属或金属合金表面；得到由直径为100～300nm的表面生长有亲水官能团的管状形粒子堆积形成具有粗糙结构的非金属膜；或者

采用溶胶凝胶法：在反应器中，将浓度为3～10mol/L的醋酸锌的乙醇溶液，在强烈搅拌下缓慢升温到60～100℃，在此温度下搅拌回流，然后蒸去液体乙醇得到固体凝胶；降温至室温，再次用无水乙醇稀释成溶胶，在强烈搅拌下缓慢升温到80～100℃，在此温度下搅拌回流；用冰水浴冷却反应器降温至室温，在用冰水浴冷却的同时加入催化剂氢氧化锂，然后进行超声分散水解得到胶体，将胶体涂覆在金属或金属合金表面上，自然干燥，得到由粒径为100～300nm的亲水金属氧化物的球形或仙人球形粒子，或者由直径为100～300nm的亲水金属氧化物棒形粒子堆积形成具有粗糙结构的亲水金属氧化物膜；或者

采用激光刻蚀和化学气相沉积相结合的方法：用激光直接在金属或金属合金表面刻蚀出粗糙结构；然后将经激光刻蚀后的表面为粗糙结构的金属或金属合金放置在石英玻璃容器中温度为500～1000℃的高温区域中，将Ti(C₁₀H₁₄O₅)放入石英玻璃容器中温度为200～300℃的低温区域中，以体积比为1∶1的N₂/O₂的混合气体的混合气体作为载气，由N₂/O₂载气将低温区域中蒸发出的固体反应物蒸气带入高温区域中，使经过氧化反应的Ti(C₁₀H₁₄O₅)生成金属氧化物直接沉积在表面为粗糙结构的金属或金属合金表面；得到由粒径为100～300nm的亲水金属氧化物的球形或仙人球形粒子，或者由直径为100～300nm的亲水金属氧化物棒形粒子堆积形成具有粗糙结构的亲水金属氧化物膜；或

用激光直接在金属或金属合金表面刻蚀出粗糙结构；然后将经激光刻蚀后的表面为粗糙结构的金属或金属合金放置在石英玻璃容器中温度为500～1000℃的高温区域中，将金属酞菁染料放入石英玻璃容器中温度为200～300℃的低温区域中，以体积比为2∶1的Ar/H₂的混合气体作为载气，由Ar/H₂载气将低温区域中蒸发出的固体反应物蒸气带入放置有金属或金属合金的温度为500～1000℃的高温区域中，使经过还原反应的金属酞菁染料生成非金属直接沉积在表面为粗糙结构的金属或金属合金表面；得到由直径为100～300nm的表面生长有亲水官能团的管状形粒子堆积形成具有粗糙结构的非金属膜；

或者

采用激光刻蚀和溶胶凝胶相结合的方法：用激光直接在金属或金属合金表面刻蚀出粗糙结构；然后在反应器中，将浓度为3～10mol/L的醋酸锌的乙醇溶液，在强烈搅拌下缓慢升温到60～100℃，在此温度下搅拌回流，然后蒸去液体乙醇得到固体凝胶；降温至室温，再次用无水乙醇稀释成溶胶，在强烈搅拌下缓慢升温到80～100℃，在此温度下搅拌回流；用冰水浴冷却反应器降温至室温，在用冰水浴冷却的同时加入催化剂氢氧化锂，然后进行超声分散水解得到胶体，将胶体涂覆在经激光刻蚀后的表面为粗糙结构的金属或金属合金表面上，自然干燥，得到由粒径为100～300nm的亲水金属氧化物的球形或仙人球形粒子，或者由直径为100～300nm的亲水金属氧化物棒形粒子堆积形成具有粗糙结构的亲水金属氧化物膜。