[发明专利]一种氧化铝/莫来石复合超疏水粉体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及无机材料技术领域，尤其涉及一种氧化铝/莫来石复合超疏水粉体的制备方法。

背景技术

自1977年德国生物学家Barthlott等对荷叶的超疏水性能进行研究以来，各国学者对超疏水现象开展了大量的理论和方法研究。超疏水表面通常是指与水的接触角大于150°，滚动角小于10°的表面。它的诸多特性，如自洁性、超疏水性以及低摩擦系数等，使其在建筑、医学、电子、环保、液体输送等领域有巨大的应用前景。据美国橡树岭国家实验室的测算，仅在马达与泵、水运以及钢铁防腐三个方面，超疏水表面的产业化每年就可为美国节能436.4万吨标准煤，节约17.4亿美元的开支，并减少616万吨量的CO₂排放。因此，超疏水表面的研究具有非常广阔的市场前景和应用价值。

研究认为，超疏水效果与材料表面的化学组成及微观结构有关，但微观结构起决定性作用（Yu Y,Zhao ZH,Zheng QS.Mechanical and superhydrophobic stabilities of two-scale surfacial structure of lotus leaves.Langmuir,2007,23(15):8212-8216）。受荷叶等自然界中天然超疏水表面微观结构的启发，构建具有微纳米结构的粗糙表面有利于表面的超疏水效果。因此，研究人员基于降低材料表面能以及构建微纳米结构表面这两个策略，通过多种方法制备出超疏水表面。这些方法主要包括：模板法、堆积法（包括等离子体沉积法、CVD法、溶胶-凝胶法、静电自组装方法、LB沉积法和静电纺丝方法）以及刻蚀方法（包括光刻法、等离子体刻蚀方法、金属辅助刻蚀和错位选择性化学刻蚀）等。

Zhang等首先在玻璃基底上组装单层直径为20μm的玻璃球，然后将单层玻璃球向铝箔表面挤压，从而在铝箔表面形成凹坑状表面，并对该铝箔表面进行阳极氧化形成蜂窝状多孔表面。最后将PFPE和SS混合液体前驱物浇注到多孔铝箔表面并用紫外光固化，从模板上剥离后便获得了类荷叶状的超疏水PFPE-SS薄膜（Zhang L,Zhou Z,Cheng B,Desimone JM,Samulski ET.Superhydrophobic Behavior of a Perfluoropolyether Lotus-Leaf-Like Topography.Langmuir,2006,22(20):8576-8580）；专利CN101381593A提供了一种具有微纳米二元结构的超疏水自洁粉体的制备方法。具体步骤是：以一种或一种以上的纳米级和/或次微米级原料粉体（如:二氧化硅、金属氧化物、或二者的组合），并将其与溶剂混合形成浆料。然后再将该浆料在1000～2500℃下造粒锻烧形成具有微纳米二元结构的球状粉体。最后将该粉体与低表面能修饰剂进行混合、抽滤、烘干即可得到超疏水粉体；美国Ross科技公司与美国橡树岭国家实验室合作，研制出多种可用于不同环境、不同基体表面的超疏水纳米粉体。例如其发明专利（US2012/0045954A1）公开了一种制备超疏水/油表面的方法。具体步骤是：首先将30～225μm的一级颗粒与结合剂进行混合，并通过不同的方法将其涂覆于基片表面作为基础表面。然后再将1nm～25μm的二级颗粒采用不同的方法涂覆于上述基础表面。最后采用低表面能有机物进行修饰，即可得到具有超疏水性能的表面；哈佛大学的研究人员则通过Bosch表面微加工方法制备出硅晶体纳米阵列，并在真空环境中气相沉积硅烷-三氯硅烷进行表面修饰，成功研制出一种极具超疏水性的纳米涂层。该涂层在低温下能使滴溅的水滴未及结冰就滑落，从而有望实现永不结冰的飞机机翼和输电线路(L.Mishchenko,B.Hatton,V.Bahadur,J.A.Taylor,T.Krupenkin,J.Aizenberg.Design of Ice-Free Nanostructured Surfaces Based On Repulsion of Impacting Water Droplets.ACS Nano,2010,4(12):7699-7707)；中科院化学物理研究所固体润滑国家重点实验室的科研人员通过电化学刻蚀和阳极氧化方法，在铝或铝合金表面构造出具有微纳米双重结构的粗糙表面，再经过氟硅烷进行修饰后得到了具有优异超疏水性能的表面(CN200810150857.6)。