超疏水仿生氧化锌纳米棒阵列薄膜的合成

发布时间：2021-03-17 06:20

　　以纳米晶ZnO薄膜为基底,碱式醋酸锌的悬浊液为生长液,在60℃条件下生长成ZnO纳米棒阵列薄膜,薄膜的粗糙表面由微米尺度和纳米尺度的微结构相结合而构成。扫描电子显微镜分析表明,所合成的薄膜表面含有直径50～100μm的蚯蚓状突起,同时薄膜表面生长有直径约30nm和150nm两级尺寸分布的纳米棒。这种微/纳结构的结合有效改善了薄膜表面的疏水性能,薄膜表面经辛基三甲氧基硅烷处理后呈现超疏水性,接触角达到155.7°。 

【文章来源】：化工新型材料. 2020,48(11)北大核心

【文章页数】：4 页

【部分图文】：

LBZA的TG曲线

图3(a）为纳米晶ZnO基底膜的SEM图，显示了相对平整、均匀的表面。图3(b、c）为三次生长后ZnO纳米棒薄膜的SEM图，从较小倍率的照片上可以看到，薄膜表面形成了直径为50～100μm的蚯蚓状突起；从较大倍率的照片上可以看到生成的ZnO纳米棒直径呈现约30nm和150nm的两级尺寸分布。这种微/纳结构的形成机理在于，在60℃的条件下，ZnO纳米晶基底上首先吸附LBZA，并在表面形成LBZA的皱褶；然后薄膜的表面发生ZnO异相成核；晶核经（002）面优先生长形成纳米棒，原先LBZA的皱褶区域部分则形成微米尺寸的蚯蚓状突起。图4显示了经辛基三甲氧基硅烷处理后ZnO纳米棒薄膜表面的水接触角，由图可见，水滴在薄膜表面几乎呈现球形，接触角达到了155.7°。这表明薄膜表面具有优异的超疏水性能。多孔结构表面的接触角（θr）可用Cassie模型[13]来表示，具体见式（1）。

因为薄膜表面形成了蚯蚓状微米结构和ZnO纳米棒阵列的组合，水滴下方形成了丰富的空气垫，水滴似乎被“支”起来，方程（1）中的fs较小，而fA相对较大，所以静态接触角θr较大。另外，实验发现，将ZnO纳米棒薄膜表面稍微倾斜，薄膜上的水滴就会滚落。因为当水滴接触纳米棒薄膜表面时，纳米棒与水滴之间即形成空气垫，空气垫上方虽然被水滴封闭，但是下方与外界相通，所以并不形成封闭的气垫。因此水滴在薄膜表面属于荷叶状态，这种超疏水状态可以起到自清洁、防污抗腐、防霜抗冰的效果。3 结论

【参考文献】：
期刊论文
[1]超疏水自清洁涂层防结冰技术的研究进展[J]. 杨钦,罗荘竹,谭生,罗一旻,张招柱,刘维民.  中国表面工程. 2016(04)
[2]超疏水性氧化铝薄膜的制备与防粘附行为[J]. 冯利邦,强小虎,张红霞,叶姣凤,王子龙.  材料热处理学报. 2013(05)
[3]镁合金表面超疏水性的构建及耐腐蚀性分析[J]. 黄艳萍,张友法,余新泉,陈锋.  东南大学学报(自然科学版). 2012(05)
[4]基于超疏水原理的自清洁表面研究进展及产业化状况[J]. 郑建勇,钟明强,冯杰.  化工进展. 2010(02)
[5]用Scherrer公式计算晶粒度应注意的几个问题[J]. 郭金玲,沈岳年.  内蒙古师范大学学报(自然科学汉文版). 2009(03)
[6]水热法制备ZnO纳米棒及其光催化性能研究[J]. 袁爱华,包小波,唐丽,周虎.  化学研究与应用. 2008(02)
[7]热氧化磁控溅射金属锌膜合成一维ZnO纳米棒（英文）[J]. 石礼伟,李玉国,王强,薛成山,王书运.  半导体学报. 2004(10)
[8]类单晶氧化锌纳米棒的制备与表征[J]. 张旭东,邢英杰,奚中和,薛增泉,张蔷,俞大鹏.  真空科学与技术学报. 2004(01)



本文编号：3086815