铁网表面超疏水性纳米复合涂层的制备与表征

蔡建峰 尹心 张周昱 高佳兴 薛旺

摘 要：本文采用交替沉积自组装方法制备出了具有超疏水/亲油性的铁网，并对其进行表征，得到了一些有价值的规律。研究了具有超疏水/亲油性纳米复合涂层的铁网的制备方法：使用交替沉积自组装分方法在预先处理过的铁网表面构筑了聚阳离子/聚阴离子粘合层，然后在粘合层表面反复多次构筑了TiO2/聚苯乙烯磺酸钠纳米复合薄膜，经煅烧处理、表面疏水性修饰、制备成具有超疏水/亲油性能的铁网。

关键词：纳米复合涂层；交替沉积自组装；超疏水

1 绪论

1.1超疏水性纳米复合涂层

当某种基体中填充物的维度有一维属于纳米尺度范围（1nm-100nm），这种情况下所形成的薄膜材料就是纳米复合涂层。若纳米分散体与基体分别为无机组分和有机组分时，则会形成有机/无机纳米复合涂层，其中，聚合物/无机纳米粒子复合涂层最为常见，纳米分散体组分的引入，可以有效地提高涂层的硬度、强度和韧性，同时也可以提高涂层的光学性能，从而使聚合物/无机纳米粒子复合涂层在材料表面防护和光学改性上有着很广阔的应用前景。

1.2超疏水性纳米复合涂层的制备方法

为了获得具有某种特性或功能的纳米涂层，人们开发溶胶凝胶法、、静电纺丝法、交替沉积自组装等在内的诸多方法。经过综合考虑，最终选定交替沉积自组装技术作为实验的技术基础。

所谓的自组装，就是自发的组装，不需要人的介入和干预，通常是通过分子间的化学键作用，在一定的条件下自发地形成特定的有序结构。自组装技术是一种自下而上、由小而大的制作方向，即由原子、分子及其集合体向较大尺寸“合成”出器件的单元结构，并进而组织成器件的技术。

2 超疏水性铁网的制备

2.1 实验过程

2.1.1 铁网基底的预处理

将不同目数（20目、40目、60目）的铁网修剪为尺寸为 2cm*6cm 的铁网在乙醇溶液中超声15 分钟，然后取出，用去离子水清洗，干燥后备用。

2.1.2超疏水性铁网表面的制备过程

（1）纳米涂层主要有两个部分构成：底部的 PDDA/PSS 聚合物粘合层和顶部的（TiO2/PSS）纳米涂层。

（2）构筑铁网表面的 PDDA/PSS 聚合物粘合层。把处理后的铁网浸没在PDDA 水溶液中 5min，水洗，吹干，然后浸没在PSS 水溶液中 5min，水洗，吹干，重復至三次，备用。

（3）在 PDDA/PSS 聚合物粘合层表面构筑（TiO2/PSS）纳米涂层：把铁网基底/聚合物粘合层浸没在浓度为的TiO2水溶液中 5min，水洗，吹干，再浸没在浓度为 的 PSS 水溶液中 5min，水洗，吹干，重复三次。

（4）煅烧处理：将铁网基底/ TiO2纳米复合涂层放入马弗炉中于500℃煅烧60min后，自然冷却。

（5）将煅烧后的铁网基底/ TiO2纳米涂层放入长链氟硅烷（正十八烷基三乙氧基硅烷）的甲醇溶液中浸泡 1h，水洗，吹干，然后静置在140℃的烘箱中干燥 1h，构筑成超疏水型的铁网基底/ TiO2纳米涂层。

3 结果与讨论

3.1 超疏水性铁网表面TiO2涂层的表面形貌

实验中分别选取了三种不同孔径的铁网，用来考察铁网的孔径大小对其表面浸润性的影响，分别在他们表面制备了TiO2涂层，并用ODTS对TiO2涂层表面进行氟硅烷基化修饰。作为对比，我们选取了不同目数铁网进行观察，其中这三种目数都只制备了一层TiO2纳米涂层，因此分别记为20-1、40-1、60-1。

相对应的，各个表面的（TiO2）*1纳米涂层表面形貌的SEM照片如图所示。由图上可见，60目铁网的TiO2纳米粒子相较于20目和40目的铁网TiO2纳米粒子再铁网上分散地更加均匀，但同时团聚的TiO2纳米粒子也较多。从整体上来看，不同目数的铁网表面的涂层的微观形貌相似，TiO2纳米粒子分散在铁网表面，一层TiO2纳米涂层构筑了铁网表面的微观粗糙结构，经ODTS修饰后的铁网表面会呈现超疏水性。

3.2 铁网表面超疏水纳米复合涂层的超疏水性

使用接触角测量仪对不同孔径的沉积有纳米涂层的铁网表面浸润性进行测定，结果如表所示。可知，随着铁网目数的增大，其表面接触角也呈现增大的趋势。其中40目与60目的铁网为超疏水表面，20目的铁网接近超疏水表面。相对应的，超疏水性铁网表面的水滴浸润照片如图所示，可以明显看到铁网基底纳米涂层表面的超疏水性。

综上可见，随着铁网目数的增加，水滴与铁网表面接触角依次增大，超疏水性依次增强。图3-2所示为超疏水性铁网表面水滴形态的照片，水滴独立地站立在铁网表面，没有任何浸润，也充分显示了沉积有纳米涂层的铁网表面具有超疏水性质。

参考文献

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