[发明专利]一种基于不锈钢和石墨烯的疏水换热材料的低温制备方法

说明书

本发明公开了一种基于不锈钢和石墨烯的疏水换热材料的低温制备方法，该方法采用不锈钢作为基底材料，在其表面镀铜或者镍，然后通过等离子体增强化学气相沉积方法在低温条件（500℃~900℃）下在不锈钢表面沉积石墨烯，可大大降低石墨烯沉积温度对不锈钢机械性能的影响，且该方法在前处理工艺中只在不锈钢表面镀一种金属，操作更为简单。

技术领域

本发明涉及不锈钢和石墨烯，具体涉及一种基于不锈钢和石墨烯的疏水换热材料的制备方法。

背景技术

不锈钢被广泛用于换热、水工业、输气等重要领域，目前火电厂凝汽器有50%以上的冷凝管均采用的不锈钢管，海水淡化领域近年来也有较多部件逐步采用不锈钢管。

在冷凝管的使用过程中，如果冷凝壁亲水性强，则蒸汽冷凝后会在冷凝壁表面形成液膜附着在冷凝壁表面，液膜层厚度决定了膜状凝结传热性能的好坏。如果冷凝壁疏水性强，则凝结液在壁面不易铺展成膜，而是形成许多随机分布，大小不一的液滴，这时凝结呈滴状冷凝形态。在这种情况下，冷凝放出的汽化潜热能够直接传递给壁面，因此，同样条件下，滴状冷凝的传热系数是相应膜状冷凝传热系数的几倍至十几倍。

随着今年石墨烯的广泛应用，研究人员发现在不锈钢管表面沉积一层石墨烯，则能显著提升不锈钢的疏水性，因为石墨烯本身具有优异的稳定性、耐腐蚀性和疏水性。因此，相继出现了若干将石墨烯沉积到不锈钢表面的技术手段。

比如，在铜管表面沉积石墨烯主要用环氧树脂等有机粘结剂配制石墨烯膏体然后涂刷在不锈钢管表面的方法。例如，公开日为2017年6月20日，公开号为CN106871705A的中国发明专利文献，公开了将石墨烯/环氧树脂涂料沉积在铜管表面用于防腐的技术方案，但是这种方法会很大程度上影响管体的尺寸和光洁度，且容易脱落。再例如，CN106802106A的专利文献，公开了使用化学气相沉积在铜管表面沉积石墨烯用于防腐的方法，其基体使用的是铜管。再例如，公开日为2017年8月11日，公开号为CN107034498A的中国发明专利文献，公开了通过在不锈钢表面电镀镍后再电镀铜，然后在其表面化学气相沉积石墨烯，将其用于工业接地网不锈钢防腐的技术方案，但该方法的处理工艺较为复杂，在不锈钢表面镀了两层金属，且需要使用电镀设备，操作程序较多，成本较高，不利于工业大规模使用。

发明内容

为了解决现有技术中的各种技术缺陷，本发明提供了一种基于不锈钢和石墨烯的疏水换热材料的制备方法，该方法可以使用工业级不锈钢作为基底材料，在其表面镀铜或者镍，然后通过等离子体增强化学气相沉积方法 (PECVD)在低温条件下在不锈钢表面沉积石墨烯，可大大降低石墨烯沉积温度对不锈钢机械性能的影响，且该方法在前处理工艺中只在不锈钢表面镀一种金属，操作更为简单。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于不锈钢和石墨烯的疏水换热材料的制备方法，包括如下步骤：

（一）在不锈钢表面镀铜或镍，采用化学镀或者电镀；其中，不锈钢的牌号是304或者316，所述不锈钢可以为不锈钢片、不锈钢管、不锈钢粉体、不锈钢块体或其他形状。

（二）将完成镀镍或铜的不锈钢放入化学气相沉积反应室中，将反应室压力降为小于5 Pa，通入氢气，同时开始升温，温度升高至500℃~900℃后保温1min~60min，再通入含碳气体，并同时打开等离子体设备离子化气体，再保温1min~60min使含碳气体裂解并在不锈钢表面沉积为石墨烯，然后降温，完成不锈钢上石墨烯的化学气相沉积，得到基于不锈钢和石墨烯的疏水换热材料。

步骤（一）中采用化学镀方法时：先用丙酮或者无水乙醇清洗不锈钢表面并吹干，接着再用去离子水清洗其表面并吹干；用稀盐酸化学除杂，接着再用去离子水清洗并吹干；再次用丙酮或者无水乙醇清洗其表面并吹干；将洗好的不锈钢放置在镍或铜的盐溶液中，静置一段时间使其表面形成前驱体，取出烘干，再将其放入还原剂溶液中进行还原，即得到镀镍或铜的不锈钢。