[发明专利]金刚石网及其分离油水混合物和转移液滴的应用

说明书

技术领域

本发明属于材料表面浸润性质应用的技术领域。利用网状结构金属为衬底化学气相沉积（CVD）金刚石膜，获得具有耐强酸强碱腐蚀的超疏水、超亲油性的金刚石网，替代传统分离网，并可快速分离油水混合物。该金刚石网超疏水和亲水性可以通过表面处理相互转化，同时也可转移液滴。

技术背景

疏水性材料在很多领域获得广泛的应用。随着表面科学技术的发展和越来越大的实际需求,制备高效疏水性和超疏水材料和结构十分重要。目前，通过改变材料的结构或化学修饰，可同时具备超疏水和超亲油性质，实现油水分离。通常使用的修饰材料，包括无机和有机材料（如ZnO、脂肪链等），但这些材料化学稳定性差，无法在强酸或强碱等环境中长期使用，重复性差，或者制备条件复杂，及需多重结构设计等。需要进一步选择更好的材料和结构设计，以提高性能。

金刚石具有硬度高，耐磨耐腐蚀，疏水亲油，自清洁性好等优点，已经广泛应用在各个领域，比如光学领域全波段窗口，生物领域生物传感器件等。常规金刚石具有疏水、亲油特性，但是很难实现超疏水性及油水分离，而通常制备的金刚石膜，多以平面薄膜为主，不仅疏水角小，没有达到超疏水（接触角小于150度），而且是无孔的，无法实现高效的油水分离。相关的有孔金刚石网用于油水分离的相关工作未见报道。而其他已知的用于油水分离的网状结构均不能在强酸或强碱的环境中工作，而金刚石是已知化学稳定性最好的材料，可以满足相关的应用。另外，尚没有相关利用金刚石用于强酸或强碱液滴转移的报道。

与本发明接近的现有技术是文献J.Mater.Chem.,2010,20,10671，文献中报道了平面硼掺杂金刚石膜表面通过刻蚀形成纳米草结构，并在表面修饰了一种脂肪链，以提高疏水角度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，设计一种网状结构及表面处理，获得超疏水和亲水可控的、可快速分离油水混合物、实现强酸或强碱液滴转移的金刚石网，同时具有极强的防腐性能和自清洁性。

金刚石网的主要结构：不同孔径金属网衬底上生长CVD金刚石涂层。该结构是在铜网，钛网，不锈钢网等结构上引入金刚石涂层，涂层结构包括微、纳米金刚石膜。

本发明的金刚石网的技术方案叙述如下：

一种金刚石网，其特征在于，由金属网衬底与金刚石涂层构成；所述的金刚石涂层，是连续的化学气相沉积（CVD）金刚石膜，金刚石膜由微米或/和纳米晶粒组成；金刚石涂层厚度为0.2～10μm；金刚石膜是经过氢终止或氧终止表面处理的金刚石膜；所述的金属网衬底，是微米孔径尺寸的网状金属材料编织或轧制而成。

所述的金属材料，是铜、钛或不锈钢。

所述的氢终止，是利用化学气相沉积方法，在金属网衬底表面沉积金刚石膜。

所述的氧终止，是利用空气中煅烧式方法，或氧等离子体处理方法，或在强酸中高温蒸煮方法，使金刚石网表面氧终止。

利用氢等离子体处理方法，还可以使氧终止金刚石网表面成为氢终止金刚石网表面。

本发明的衬底为微米孔径尺寸的网状金属材料，例如铜网、钛网、不锈钢网等，在金属网上生长CVD金刚石膜涂层。该金刚石涂层表面为氢终止时，体现为超疏水性和超亲油性；当金刚石涂层表面为氧终止时，体现为亲水性。通过表面氢终止和氧终止处理超疏水性和亲水性是可转化的。本发明的金刚石网可以实现高效油水分离和液滴转移。由于金刚石优良的化学稳定性，可在强酸强碱的条件下具有超疏水性，金刚石网的应用效果不受液滴的酸碱度的影响。油水分离或液滴转移后的金刚石网经清水清洗后，可重复多次使用，性能没有任何变化，具备了自清洁性。

本发明的金刚石网结构的实现方案为：

1，首先将衬底网清洗，去除表面污染物，在处理后的衬底网上沉积CVD金刚石膜涂层，得到氢终止超疏水金刚石网。氢终止的金刚石网表面为超疏水性。

2，将氢终止超疏水金刚石网在空气中煅烧使其表面为氧终止，也可以将金刚石网放入300℃以上强酸中蒸煮，或者经氧等离子体中处理实现氧终止。氧终止的金刚石网表面为亲水性。

3，将氧终止的金刚石网再经过氢等离子体处理，成为表面氢终止，重新获得超疏水性。由此通过金刚石涂层表面氢、氧终止，来达到表面亲疏水性的可逆过程。

本发明的金刚石网的应用的技术方案如下。

本发明利用氢终止金刚石网进行油水分离。

本发明利用氢终止金刚石网和氧终止金刚石网进行液滴转移。

更具体的实施过程叙述如下。