[发明专利]一种电泳辅助微纳颗粒熔融自组装表面改性设备

说明书

本发明公开了一种电泳辅助微纳颗粒熔融自组装表面改性设备，包括工作台、颗粒溶液混合循环容器、加工槽、输液装置、电泳辅助装置、真空加热装置和集成控制柜。使熔点较低的牺牲颗粒处于熔融状态，熔融的颗粒包裹或者粘连到另一种改性颗粒和金属工件表面，增加金属工件与微纳颗粒的结合力，利用改性颗粒本身的特点，进而使金属表面得到亲疏水微织构。电泳辅助装置可极大的提高溶液中极细颗粒的沉积效率，通过调节电场强度可以调节沉积速率和沉积厚度。

技术领域

本发明涉及表面改性领域，特别是涉及一种电泳辅助微纳颗粒熔融自组装表面改性设备。

背景技术

当今社会，材料的应用涉及到生活、生产的各个方面，不同材料各有其特点和应用范围。而金属作为目前最常用的材料，被广泛应用于产品加工的各个领域。然而金属材料也有其固有的缺陷，金属材料的失效通常源于表面，最常见的失效形式为磨损、腐蚀、断裂。金属材料的表面特性主要取决于其加工工艺，所以加工成型的产品由于其工艺特点与加工质量等原因，容易出现性能缺陷或者不足。为了提高金属材料的强度、硬度、刚性、耐磨性、耐腐蚀等表面性能，需要对其进行后处理，以满足使用及性能要求。

现代科技的高速发展，对金属材料表面性能要求的日益提高，对表面处理技术及工艺有了新的发展和扩充，对金属工件表面进行亲疏水等仿生结构的表面改性是较为热门的表面技术。随着疏水表面“荷叶效应”的发现，超疏水材料广泛用于自清洁、防冻、防雾、防腐、防阻、微流体芯片、无损液体输送等方面，展示了超疏水材料的广阔运用前景。

目前，超疏水表面的制备大多采用电化学腐蚀法或化学腐蚀法，构建超疏水表面所需粗糙结构。电化学腐蚀法通过阳极氧化制备规则的粗糙表面，然后使用低表面能物质改性制备超疏水表面。该方法适用的材料范围广，可控性好，但条件相对苛刻，所使用的电解液大多是腐蚀性较强的酸或碱的混合液，电解液的消耗量较大，废液回收处理麻烦，不利于工业化的生产。化学腐蚀法常先采用硝酸、盐酸、氢氟酸等通过化学腐蚀来形成表面粗糙结构，然后再用热处理来构建表面的纳米结构，最后用低表面能物质改性制备超疏水表面。化学腐蚀法简单易行，但用作腐蚀液的物质都具有强的腐蚀性，废液处理麻烦，限制了化学腐蚀法的发展。

纳米尺寸的金属与功能分子的自组装在未来纳米电子器件中具有广阔的应用前景,对其基本理论和实际应用的研究正成为一个新兴的研究领域。目前纳米颗粒一般都要经过表面改性，使其广泛应用于各个领域：磁流体、彩色成像、磁记录材料以及生物医学。由于纳米颗粒的表面疏水性及较大的体表比，它在生物体内容易团聚,吸附血浆蛋白，容易被网状内皮系统(RES)清除，所以需要对纳米颗粒进行表面改性，增大亲水性,延长循环半衰期。可用于表面改性的物质很多，一般为有机物，也有无机物和蛋白质或抗体等。纳米颗粒目前是生物医用纳米材料领域异常活跃的方向之一。不同方法制备的纳米颗粒经不同聚合物或分子表面改性后具有多方面的生物医学应用。

现有的金属表面改性方法一般包括热烧结法和镍盐热分解法，热烧结法将碳材料浸渍在含改性物质的液相中，再通过中高温热处理使改性物质熔融与碳表面结合，从而调节碳表面亲疏水性。这种方法主要是通过聚四氟乙烯处理来增强疏水性，通过胺类物质处理来增强亲水性。

热处理时，熔融物质能够保护材料表面结构，所以该方法对碳材料表面结构的影响不大。通过原子力显微镜（AFM）表征指出多乙烯多胺熔融后能够保护碳纤维表面，形貌变化弱于仅热处理过的碳纤维。在化学组成方面，热烧结法在碳表面引入了改性物质中的元素和基团。在亲水改性方面，氨基官能团在氨化处理过程中被引入碳表面，并主要以酰氨基形式存在。碳纤维表面引入氨基后可以与水和环氧树脂的环氧基团形成氢键，浸润性得到很大改善。在疏水改性方面，PTFE附着碳表面后引入碳氟基团。由于PTFE含量增加，能更好地实现亲疏水平衡。热烧结法调控亲疏水性的优点是步骤简便、时间短。