具有凹槽状基底超润滑表面材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种表面材料及其制备方法。具体涉及一种带有凹槽状的基底上生长四氧化三钴的超润滑表面材料其制备方法。
【背景技术】
[0002]人类生存的环境无不存在于细菌或微生物中，从日常生活的家居用品如厨具、厕卫防污、玻璃门窗等，到医疗、高科技生物、化工等工业生产等技术中的应用，如蛋白质分子防污染、血液污染、石油管道和船舶减阻等。随着时间的推移，细菌及其它微生物将慢慢附着到所用的设备或医疗器械上，将导致仪器设备附着细菌部分的腐蚀，这样会造成医疗事故、加大船体耗油量及摩擦阻力、石油管道断裂或降低生产效率增加成本等问题，严重影响了日常生活及工业生产过程，从而也阻碍了我国工业及医疗器械的发展。
[0003]为了抑制细菌等微生物的附着及对仪器设备的腐蚀，一种方法是在基底表面上制备一层超疏水膜层，所谓超疏水膜层就是对水的静态接触角为150°以上，滚动角小于5°的表面。但是大部分超疏水表面只对水具有抗粘附性，很不坚固，抗腐蚀性很差，还不具有防冰雪、抗氧化、抗雾等性能，无法长时间放置在细菌等微生物存在的环境下。所以现在要制备出比超疏水表面更加具有应用性的表面。参见:Zhao L，Liu Q, Gao R，WangJ, Yang WL, et al.[J].Corros.Sc1., 2014, 177-183.Wang N., X1ng D.S.[J].Appl.Surf.Sc1.2014，603-608o
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种能够有效抑制润滑液的快速流失，通过缓慢释放的方式达到长时间的应用具有凹槽状基底超润滑表面材料。本发明的目的还在于提供一种具有凹槽状基底超润滑表面材料的制备方法。
[0005]本发明的具有凹槽状基底超润滑表面材料包括多级凹槽状基底，在多级凹槽状基底上生长的微纳米多级结构四氧化三钴经过润滑液修饰以后得到的超润滑表面。
[0006]所述多级凹槽状基底为泡沫镍、海绵、碳布、阳极氧化的多孔金属或微弧氧化的多孔金属。
[0007]本发明的具有凹槽状基底超润滑表面材料的制备方法为:通过水热法在带有多级凹槽状基底上生长四氧化三钴，得到微纳米二级结构表面，用全氟润滑液浸泡后，得到微纳米级超润滑表面。
[0008]本发明的具有凹槽状基底超润滑表面材料的制备方法还可以包括:
[0009]1、所述通过水热法在带有多级凹槽状基底上生长四氧化三钴的方法为:经过超声的带有多级凹槽状基底，与六水合硝酸钴、尿素和氟化铵混合置于反应釜中，放到110°C烘箱中反应5h。
[0010]2、所述用全氟润滑液浸泡是放入到全氟润滑液中浸泡12?24h。
[0011]本发明的超润滑表面的设计思路为通过在基底上生长微纳米多级结构的四氧化三钴，经过润滑液修饰以后，得到超润滑表面。构筑这种微纳米多级结构的四氧化三钴能够在后续得到的超滑表面中起到抑制润滑液快速流出，起到缓慢释放作用，长时间保持超滑性能。
[0012]本发明中的超润滑表面首先通过构筑纳米级多孔片层结构，然后在生长一层微纳米多级片状结构，最后经过润滑液修饰得到超润滑表面。同时，这种超润滑表面提供一种性能优于超疏水表面的材料，即能够长时间处于细菌滋生的环境下，抑制表面污染物的附着及腐蚀的速度，并且具有自清洁、抗腐蚀、防污、防冰雪、抗氧化、抗雾等性能。这对于以后的工业发展具有重要意义。
[0013]这种超润滑表面能够有效抑制血液，十六烷，咖啡，果汁，酱油、生物的粘附，这些复杂液体在表面的流动速度为1.5cm/so另外，还具有很好的抗腐蚀性能，该表面能够在人工海水(3.5% NaCl)中放置达到3个月以上。
[0014]与现有技术相比，本发明采用工艺简单的水热法，基体与无污染的六水合硝酸钴(Co (NO3)2.6H20)，尿素(NH2(CO)NH2)和氟化铵(NH4F)混合，经一步水热法在样品表面生成四氧化三钴。再由DuPont Krytox润滑油的修饰后得到了超润滑表面。该方法制备得到的多级结构能够有效抑制润滑液的快速流失，通过缓慢释放的方式达到长时间的应用。
[0015]这种制备超润滑表面的方法适用于任何带有多级凹槽状基底(泡沫镍，海绵，碳布，阳极氧化或微弧氧化的多孔金属等)。
[0016]这种超润滑表面可以应用到家居日用品领域中，如厨具、厕卫防污、防油、玻璃门窗的防污等。另一个就是在医疗、高科技生物、化工等工业生产等技术中的应用，如蛋白质分子防污染、血液污染、石油管道和舰艇减阻，防污、飞机和雷达的防冰雪等。
【附图说明】
[0017]图1微纳米级多级结构的模拟示意图。
[0018]图2a至图2d超润滑表面的抗腐蚀性能图。
【具体实施方式】
[0019]本发明的具有凹槽状基底超润滑表面材料的制备方法主要包括如下步骤:
[0020]步骤1:将基底材料置于腐蚀性溶液中，刻蚀成具有凹槽状表面，用去离子水清洗；
[0021]步骤2:将基底材料分别在乙醇和蒸馏水中超声30min，将处理后的吹干待用。0.1 ?0.5g 六水合硝酸钴(Co (NO3) 2.6Η20)，0.1 ?0.4g 尿素(NH2 (CO) NH2)和 0.01 ?0.1g氟化铵(NH4F)放在70ml蒸馏水中磁力搅拌30min。处理后的基底材料与Co(NO3)2.6H20，NH2 (CO) NHjP NH 4F混合置于反应釜中，放到110 °C烘箱中反应5h，在基底表面生长四氧化三钻；
[0022]步骤3:将带有四氧化三钴的材料浸泡在全氟润滑液中12?24h，得到多级凹槽状超润滑表面。全氟润滑液选择 DuPonT Krytox GPL 104，105，106，203，204，205，206，207。
[0023]下面举例对本发明做更详细的描述。
[0024]实施例1
[0025]本项新型表面材料为在带有凹槽的基底上生长微纳米多级结构的四氧化三钴，经过DuPont Krytox润滑液修饰，得到具有超润滑表面材料。
[0026]其制备方法为
[0027]步骤1:将材料置于腐蚀性溶液中，刻蚀成具有凹槽状表面，用去离子水清洗；
[0028]步骤2:将材料分别在乙醇和蒸馏水中超声30min，将处理后的吹干待用。0.1?0.5g 六水合硝酸钴(Co (N03) 2.6Η20)，0.1 ?0.4g 尿素(NH2 (CO) NH2)和 0.01 ?0.lg 氟化铵(NH4F)放在70ml蒸馏水中磁力搅拌30min。处理后的材料与Co (Ν03) 2.6Η20，NH2 (CO) NH2和NH4F混合置于反应釜中，放到110°C烘箱中反应5h，在海绵表面生长四氧化三钴；
[0029]步骤3:将带有四氧化三钴的材料浸泡在DuPont Krytox中12?24h，得到多级凹槽状超润滑表面。
[0030]实施例2
[0031]本实施例与实施例1基本相同，不同之处:DuPont Krytox的型号为104或105或106 或 203 或 204 或 205 或 206 或 207.
[0032]实施例3
[0033]本实施例为凹槽状海绵基超润滑表面材料，与实施例2基本相同，不同之处:基底材料为海绵，步骤1改为2cmX 2cm海绵用全氟润滑液浸泡30min。
[0034]液体在表面的流动速度为1.5cm/So另外，还具有很好的抗腐蚀性能，该表面能够在人工海水(3.5% NaCl)中放置达到3个月以上。
[0035]实施例4
[0036]本实施例为凹槽状阳极氧化铝基超润滑表面材料，与实施例2基本相同，不同之处:基底材料为阳极氧化铝，步骤1改为2cmX2cm四氧化三姑修饰的阳极氧化铝用全氟润滑液浸泡30min。
[0037]液体在表面的流动速度为1.5cm/So另外，还具有很好的抗腐蚀性能，该表面能够在人工海水(3.5% NaCl)中放置达到3个月以上。
【主权项】
1.一种具有凹槽状基底超润滑表面材料，其特征是:包括多级凹槽状基底，在多级凹槽状基底上生长的微纳米多级结构四氧化三钴经过润滑液修饰以后得到的超润滑表面。2.根据权利要求1所述的具有凹槽状基底超润滑表面材料，其特征是:所述多级凹槽状基底为泡沫镍、海绵、碳布、阳极氧化的多孔金属或微弧氧化的多孔金属。3.一种具有凹槽状基底超润滑表面材料的制备方法，其特征是:通过水热法在带有多级凹槽状基底上生长四氧化三钴，得到微纳米二级结构表面，用全氟润滑液浸泡后，得到微纳米级超润滑表面。4.根据权利要求3所述的具有凹槽状基底超润滑表面材料的制备方法，其特征是所述通过水热法在带有多级凹槽状基底上生长四氧化三钴的方法为:经过超声的带有多级凹槽状基底，与六水合硝酸钴、尿素和氟化铵混合置于反应釜中，放到110°C烘箱中反应5h。5.根据权利要求3或4所述的具有凹槽状基底超润滑表面材料的制备方法，其特征是:所述用全氟润滑液浸泡是放入到全氟润滑液中浸泡12?24h。6.根据权利要求3或4所述的具有凹槽状基底超润滑表面材料的制备方法，其特征是:所述多级凹槽状基底为泡沫镍、海绵、碳布、阳极氧化的多孔金属或微弧氧化的多孔金属。7.根据权利要求5所述的具有凹槽状基底超润滑表面材料的制备方法，其特征是:所述多级凹槽状基底为泡沫镍、海绵、碳布、阳极氧化的多孔金属或微弧氧化的多孔金属。
【专利摘要】本发明提供的是一种具有凹槽状基底超润滑表面材料及其制备方法。通过水热法在带有多级凹槽状基底上生长四氧化三钴，得到微纳米二级结构表面，用全氟润滑液浸泡后，得到微纳米级超润滑表面。这种微纳米多级表面结构能够有效抑制润滑液流出，使表面长时间保持超滑。这种超润滑表面对低表面张力液体都具有润滑性，另外还具有自清洁、防污、防水、防冰雪、抗氧化、减阻抗腐蚀和抗雾性能。
【IPC分类】B05D7/14, C23C28/04, C08J9/42, B05D7/24, B05D5/00, D06M11/49, D06M15/53
【公开号】CN105237797
【申请号】CN201510593657
【发明人】王君, 宋婷婷, 刘琦, 张宏森, 陈蓉蓉, 李茹民, 刘连河
【申请人】哈尔滨工程大学
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年9月17日