[发明专利]一种氧化石墨烯/硅酸铜复合粉末及其制备方法和超疏水涂层中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种表面具有微纳结构的氧化石墨烯/硅酸铜复合粉末及其制备方法和超疏水涂层中的应用。

背景技术

超疏水表面一般指水滴在其接触角大于150度，滚动角小于10度的表面。它具有自清洁、抗粘附、防雾抑菌、防水等优良特性，因而引起了人们的极大关注和研究兴趣。已有的研究表明，影响固体表面浸润性的因素主要有:1.表面自由能，2.表面粗糙度。当表面自由能降低时，疏水性能就会得到增强。然而，即使是具有最低表面能的光滑固体表面与水的接触角也才接近120度。而且，由于表面能是材料的固有特征，因此要达到更高接触角，制备出超疏水表面，则必须设计材料的表面微细结构。使其在微观尺度上具有粗糙表面。

然而粗糙的表面通常会导致光散射的增加，因此通常制备的超疏水表面往往都是不透明的。目前，主要有两个思路来解决透明性与超疏水性能难以兼得的矛盾:1.采用高透光性的材料(主要为纳米SiO2)来构筑表面的微细结构。2.在材料表面构筑微纳结构，从而得到合适的表面粗糙度以确保可见光透光性和超疏水性可以同时兼备。

此外，随着汽车工业，太阳能电池板以及日用品(如抗结冰镜，护目镜)的发展，单一的疏水性涂层已不能满足需要。需要开发出多功能的超疏水涂层。

发明内容

本发明的目的是提供一种表面具有微纳结构的氧化石墨烯/硅酸铜复合粉末和制备方法，及其在制备高透明、自清洁、抗腐蚀的超疏水涂层中的应用。

本发明采用以下技术方案：

一种表面具有微纳结构的氧化石墨烯/硅酸铜复合粉末，所述表面具有微纳结构的氧化石墨烯/硅酸铜复合粉末包括由片状氧化石墨烯构成的内核、及针状纳米硅酸铜构成的壳层；所述的针状纳米硅酸铜以阵列的形式排布在内核表面上。

进一步，本发明所述的内核长、宽各自独立为2-6μm，厚度为20-60nm。

进一步，本发明所述针状纳米硅酸铜的直径为10～15nm，长度为50～150nm。

进一步，本发明所述表面具有微纳结构的氧化石墨烯/硅酸铜复合粉末按以下方法制备得到：

1)将表面活性剂、醇类溶剂加入去离子水中形成混合溶液，然后将氧化石墨烯分散在上述混合溶液中，超声分散以获得均匀的悬浮液；

2)将硅酸酯类化合物加入上述溶液中，在室温下搅拌；经离心、洗涤、干燥后，得到二氧化硅包覆的氧化石墨烯；

3)取步骤(2)获得的二氧化硅包覆的氧化石墨烯分散在去离子水中，超声分散；在搅拌下加入氨水调节pH值至10-11.5，并将含铜化合物逐滴加入，继续搅拌后将混合悬浮液转移至内衬为聚四氟乙烯的不锈钢高压釜中，于80～120℃下保温后在空气中冷却至室温，经离心、洗涤、干燥后，得到所述的表面具有微纳结构的氧化石墨烯/硅酸铜复合粉末。

进一步，本发明所述表面具有微纳结构的氧化石墨烯/硅酸铜复合粉末具体按以下方法制备得到：

1)将表面活性剂、醇类溶剂加入去离子水中形成混合溶液，然后将氧化石墨烯分散在上述混合溶液中，超声分散20-60min以获得均匀的悬浮液；所述的醇类溶剂的体积用量以氧化石墨烯的质量计为200～12000mL/g；所述去离子水的用量以氧化石墨烯的质量计为100～5000mL/g；所述表面活性剂与氧化石墨烯的质量比为1～5：1；

2)将硅酸酯类化合物加入上述溶液中，在室温下连续搅拌5-8h；经离心、洗涤、干燥后，得到二氧化硅包覆的氧化石墨烯；所述的硅酸酯类化合物的用量以氧化石墨烯的质量计为5～300mL/g；所述硅酸酯类化合物为正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸丙酯、正硅酸异丙酯、正硅酸丁酯中的任一种或两种；

3)取步骤(2)获得的二氧化硅包覆的氧化石墨烯分散在去离子水中，超声分散20-60min；在搅拌下加入氨水调节pH值至10-11.5，并将含铜化合物逐滴加入，继续搅拌后将混合悬浮液转移至内衬为聚四氟乙烯的不锈钢高压釜中，于80～120℃下保温8～24h后在空气中冷却至室温，经离心、洗涤、干燥后，得到所述的表面具有微纳结构的氧化石墨烯/硅酸铜复合粉末；所述含铜化合物为硝酸铜、乙酸铜、硫酸铜、氯化铜中的任一种；所述去离子水的用量以所取二氧化硅包覆的氧化石墨烯的质量计为1～5L/g；所述含铜化合物的用量以所取氧化石墨烯的质量计为0.005～0.04mol/g。