鐵網(wǎng)表面超疏水性納米復(fù)合涂層的制備與表征

蔡建峰 尹心 張周昱 高佳興 薛旺

摘 要：本文采用交替沉積自組裝方法制備出了具有超疏水/親油性的鐵網(wǎng)，并對其進(jìn)行表征，得到了一些有價值的規(guī)律。研究了具有超疏水/親油性納米復(fù)合涂層的鐵網(wǎng)的制備方法：使用交替沉積自組裝分方法在預(yù)先處理過的鐵網(wǎng)表面構(gòu)筑了聚陽離子/聚陰離子粘合層，然后在粘合層表面反復(fù)多次構(gòu)筑了TiO2/聚苯乙烯磺酸鈉納米復(fù)合薄膜，經(jīng)煅燒處理、表面疏水性修飾、制備成具有超疏水/親油性能的鐵網(wǎng)。

關(guān)鍵詞：納米復(fù)合涂層；交替沉積自組裝；超疏水

1 緒論

1.1超疏水性納米復(fù)合涂層

當(dāng)某種基體中填充物的維度有一維屬于納米尺度范圍（1nm-100nm），這種情況下所形成的薄膜材料就是納米復(fù)合涂層。若納米分散體與基體分別為無機組分和有機組分時，則會形成有機/無機納米復(fù)合涂層，其中，聚合物/無機納米粒子復(fù)合涂層最為常見，納米分散體組分的引入，可以有效地提高涂層的硬度、強度和韌性，同時也可以提高涂層的光學(xué)性能，從而使聚合物/無機納米粒子復(fù)合涂層在材料表面防護(hù)和光學(xué)改性上有著很廣闊的應(yīng)用前景。

1.2超疏水性納米復(fù)合涂層的制備方法

為了獲得具有某種特性或功能的納米涂層，人們開發(fā)溶膠凝膠法、、靜電紡絲法、交替沉積自組裝等在內(nèi)的諸多方法。經(jīng)過綜合考慮，最終選定交替沉積自組裝技術(shù)作為實驗的技術(shù)基礎(chǔ)。

所謂的自組裝，就是自發(fā)的組裝，不需要人的介入和干預(yù)，通常是通過分子間的化學(xué)鍵作用，在一定的條件下自發(fā)地形成特定的有序結(jié)構(gòu)。自組裝技術(shù)是一種自下而上、由小而大的制作方向，即由原子、分子及其集合體向較大尺寸“合成”出器件的單元結(jié)構(gòu)，并進(jìn)而組織成器件的技術(shù)。

2 超疏水性鐵網(wǎng)的制備

2.1 實驗過程

2.1.1 鐵網(wǎng)基底的預(yù)處理

將不同目數(shù)（20目、40目、60目）的鐵網(wǎng)修剪為尺寸為 2cm*6cm 的鐵網(wǎng)在乙醇溶液中超聲15 分鐘，然后取出，用去離子水清洗，干燥后備用。

2.1.2超疏水性鐵網(wǎng)表面的制備過程

（1）納米涂層主要有兩個部分構(gòu)成：底部的 PDDA/PSS 聚合物粘合層和頂部的（TiO2/PSS）納米涂層。

（2）構(gòu)筑鐵網(wǎng)表面的 PDDA/PSS 聚合物粘合層。把處理后的鐵網(wǎng)浸沒在PDDA 水溶液中 5min，水洗，吹干，然后浸沒在PSS 水溶液中 5min，水洗，吹干，重復(fù)至三次，備用。

（3）在 PDDA/PSS 聚合物粘合層表面構(gòu)筑（TiO2/PSS）納米涂層：把鐵網(wǎng)基底/聚合物粘合層浸沒在濃度為的TiO2水溶液中 5min，水洗，吹干，再浸沒在濃度為 的 PSS 水溶液中 5min，水洗，吹干，重復(fù)三次。

（4）煅燒處理：將鐵網(wǎng)基底/ TiO2納米復(fù)合涂層放入馬弗爐中于500℃煅燒60min后，自然冷卻。

（5）將煅燒后的鐵網(wǎng)基底/ TiO2納米涂層放入長鏈氟硅烷（正十八烷基三乙氧基硅烷）的甲醇溶液中浸泡 1h，水洗，吹干，然后靜置在140℃的烘箱中干燥 1h，構(gòu)筑成超疏水型的鐵網(wǎng)基底/ TiO2納米涂層。

3 結(jié)果與討論

3.1 超疏水性鐵網(wǎng)表面TiO2涂層的表面形貌

實驗中分別選取了三種不同孔徑的鐵網(wǎng)，用來考察鐵網(wǎng)的孔徑大小對其表面浸潤性的影響，分別在他們表面制備了TiO2涂層，并用ODTS對TiO2涂層表面進(jìn)行氟硅烷基化修飾。作為對比，我們選取了不同目數(shù)鐵網(wǎng)進(jìn)行觀察，其中這三種目數(shù)都只制備了一層TiO2納米涂層，因此分別記為20-1、40-1、60-1。

相對應(yīng)的，各個表面的（TiO2）*1納米涂層表面形貌的SEM照片如圖所示。由圖上可見，60目鐵網(wǎng)的TiO2納米粒子相較于20目和40目的鐵網(wǎng)TiO2納米粒子再鐵網(wǎng)上分散地更加均勻，但同時團聚的TiO2納米粒子也較多。從整體上來看，不同目數(shù)的鐵網(wǎng)表面的涂層的微觀形貌相似，TiO2納米粒子分散在鐵網(wǎng)表面，一層TiO2納米涂層構(gòu)筑了鐵網(wǎng)表面的微觀粗糙結(jié)構(gòu)，經(jīng)ODTS修飾后的鐵網(wǎng)表面會呈現(xiàn)超疏水性。

3.2 鐵網(wǎng)表面超疏水納米復(fù)合涂層的超疏水性

使用接觸角測量儀對不同孔徑的沉積有納米涂層的鐵網(wǎng)表面浸潤性進(jìn)行測定，結(jié)果如表所示。可知，隨著鐵網(wǎng)目數(shù)的增大，其表面接觸角也呈現(xiàn)增大的趨勢。其中40目與60目的鐵網(wǎng)為超疏水表面，20目的鐵網(wǎng)接近超疏水表面。相對應(yīng)的，超疏水性鐵網(wǎng)表面的水滴浸潤照片如圖所示，可以明顯看到鐵網(wǎng)基底納米涂層表面的超疏水性。

綜上可見，隨著鐵網(wǎng)目數(shù)的增加，水滴與鐵網(wǎng)表面接觸角依次增大，超疏水性依次增強。圖3-2所示為超疏水性鐵網(wǎng)表面水滴形態(tài)的照片，水滴獨立地站立在鐵網(wǎng)表面，沒有任何浸潤，也充分顯示了沉積有納米涂層的鐵網(wǎng)表面具有超疏水性質(zhì)。

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