[发明专利]一种微纳米球超疏水ZnO材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料领域，特别涉及一种微纳米球超疏水ZnO材料及其制备方法。

背景技术

超疏水材料的表面与水的接触角超过150°、滚动角小于10°，水滴在其表面容易滚动并且能够将该材料表面的灰尘等微小物体带走而具有自清洁效应，该超疏水材料在防雾、防雪、微流体等领域有广泛的应用前景。

超疏水ZnO材料是超疏水材料中的一种，现有技术中制备超疏水ZnO材料是通过化学气相沉积法制备，具体地，在衬底的表面上制备出纳米管阵列的超疏水性表面，然后在超疏水性表面上沉积一层ZnO制成ZnO纳米棒薄膜，ZnO纳米棒薄膜的表面具有超疏水性能。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

现有的超疏水ZnO材料多为单层结构的纳米棒材料，ZnO纳米棒材料虽有较好的超疏水性，但其接触角一般多为150～155°，其表现的超疏水性能不是很优异。

发明内容

为了解决现有技术中超疏水ZnO材料的接触角小的问题，本发明实施例提供了一种微纳米球超疏水ZnO材料及其制备方法。所述技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种微纳米球超疏水ZnO材料的制备方法，包括：

将锌颗粒分散于乙醇中制成混合溶液，所述锌颗粒和所述乙醇的质量比为1:10～1:20；

将所述混合溶液滴于衬底上，在每平方厘米的所述衬底上滴1～2滴所述混合溶液，并使所述混合溶液布满所述衬底的上表面；

蒸发所述混合溶液中的所述乙醇，使所述锌颗粒在所述衬底的上表面形成空心微纳米球ZnO，得到模板；

将2～5g锌颗粒堆和所述模板间隔放置于反应室中，所述反应室的气压为8～10Pa；

加热所述反应室，当所述反应室的温度升至400℃时，向所述反应室中通入氩气和空气的混合气体，将所述混合气体由所述锌颗粒堆向所述模板的方向通入，保持所述反应室中的气压为20Pa；

当温度升至470℃时，保持470℃恒温1小时后，停止通气和加热，所述锌颗粒堆飘落在所述模板上并生成纳米针，得到所述微纳米球超疏水ZnO材料。

可选地，所述锌颗粒的粒径为3～13μm，锌颗粒堆中锌颗粒的粒径也为3～13μm。

可选地，所述衬底为硅片。

可选地，通入所述氩气的流量为60～70sccm，通入所述空气的流量为80～100sccm。

可选地，所述锌颗粒和所述模板之间的距离为3～5mm。

可选地，所述反应室的温度以15℃/min的速度升高。

可选地，所述真空反应室为管式炉，将所述锌颗粒和所述模板置于石英舟上，将所述石英舟推入所述管式炉内。

可选地，所述纳米针生长在所述模板的外表面上。

可选地，所述模板为空心微纳米球ZnO，所述空心微纳米球ZnO的直径为10-21μm，所述纳米针的平均直径为50～70nm，所述纳米针的平均长度为270～300nm。

另一方面，本发明提供了一种采用本发明的方法制备的微纳米球超疏水ZnO材料，所述微纳米球超疏水ZnO材料的表面接触角为159～163°。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明提供的一种微纳米球超疏水ZnO材料的制备方法先制备模板，再在模板的基础上制备微纳米球超疏水ZnO材料，在制备模板的过程中通过分散剂乙醇将锌颗粒充分分散，使得锌颗粒能够在衬底上均匀分布，得到的微纳米球超疏水ZnO材料具有更好的超疏水性能。本发明提供的微纳米球超疏水ZnO材料具有球状复合结构，该结构具有与荷叶类似的阶层机构，本发明提供的微纳米球超疏水ZnO材料的表面是纳米针，且相邻的纳米针呈散射状布置于空心微纳米球ZnO，使得相邻的纳米针之间的距离比相邻的纳米棒之间的距离大，这有利于空气的储存，提高微纳米球超疏水ZnO材料表面空气所占分数，使得接触角增大到159～163°，与单层结构的纳米棒材料相比本发明提供的微纳米球超疏水ZnO材料的超疏水性能更好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的制备微纳米球超疏水ZnO材料的装置结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的微纳米球超疏水ZnO材料的结构示意图；

图3是本发明实施例一提供的微纳米球超疏水ZnO材料的使用状态图；