專利名稱：氮化硼納米管疏水膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于防水納米材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種氮化硼納米管超疏水膜材料的制備方法。
背景技術(shù)：
氮化硼納米管結(jié)構(gòu)與碳納米管類似，其出色的機(jī)械性能、高溫下的熱穩(wěn)定性及不易氧化等特點在納米電子學(xué)領(lǐng)域有巨大潛能。氮化硼納米管擁有微米長度，納米-微米體系的結(jié)合使得納米膜得到仿生荷葉效應(yīng)超疏水膜，可用于納米疏水，納米電子器件研制等領(lǐng)域。然而目前制備方法均得到分散氮化硼納米管，濃度低，雜質(zhì)多，無法成膜。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有制備方法存在的問題，本發(fā)明提供一種基于金屬的氮化硼納米管疏水膜制備方法，可用于納米疏水，電子器件等領(lǐng)域的超疏水氮化硼納米膜的形成。 本發(fā)明氮化硼納米管疏水膜的制備方法包括如下步驟
(1)將原料無定形硼粉與數(shù)個不銹鋼球密封進(jìn)不銹鋼球磨罐，放置于球磨機(jī)進(jìn)行球磨，控制球磨球質(zhì)量與原料質(zhì)量比為70 90 :1，球磨在氬氣或氨氣氣氛下進(jìn)行，將密封球磨罐壓強(qiáng)充至240 300kpa，以90 120轉(zhuǎn)/分鐘在室溫下持續(xù)球磨150 170小時；
(2)球磨后將密封罐置于充滿氮氣的手套箱中取出硼粉，球磨后硼粉末在氮氣氛圍下與催化劑硝酸鐵或帶結(jié)晶水的硝酸鐵一同溶于有機(jī)溶劑，催化劑與硼粉質(zhì)量比為O. 05 O. I :1，原料溶于有機(jī)溶劑的摩爾濃度范圍O. 02 O. 04M，溶液經(jīng)過O. 5 I小時超聲振蕩制備成砸涂料；
(3)在低碳不銹鋼基底上將制備好的硼涂料均勻涂抹于基底上，涂抹量為O.01 O. 02mL/cm2，將其放置入燒結(jié)爐燒結(jié)，燒結(jié)爐持續(xù)通隊/4氣體，溫度抬升速度達(dá)到15 200C /min，燒結(jié)溫度達(dá)到1100 1200°C，持續(xù)I 2小時，氣體流量保持在O. I O. 2L/min ；
(4)燒結(jié)結(jié)束，爐內(nèi)繼續(xù)通N2/H2氣體，氣體流量不變，溫度自然冷卻至室溫，即可得到基于不銹鋼金屬的氮化硼納米管疏水膜。本發(fā)明解決了傳統(tǒng)氮化硼納米管制備方法無法在基底上生長形成疏水膜的問題，開創(chuàng)了氮化硼納米管基于金屬基底成膜技術(shù)，得到致密疏水納米膜。本發(fā)明所得納米膜具有高純度，高密度的特點。納米管長度達(dá)到30 μ m，直徑范圍在150 250nm之間。接觸角測量結(jié)果為158. 1±3.6°，達(dá)到超疏水標(biāo)準(zhǔn)。其工藝簡單，成本低廉，成品率高，適合大規(guī)模生產(chǎn)。


圖I為基于不銹鋼基底的氮化硼納米管疏水膜；
圖2為氮化硼納米膜接觸角疏水性測試，接觸角為161°，測試中所用液體為去離子水；
圖3為氮化硼納米管疏水膜TEM圖片；
圖4為本發(fā)明制備的致密氮化硼納米膜SEM形貌 圖5為本發(fā)明制備的致密氮化硼納米膜NEXAFS表征 圖6為本發(fā)明制備的致密氮化硼納米膜EDX表征圖。
具體實施例方式具體實施方式
一本實施方式中基于不銹鋼基底的氮化硼納米管疏水膜制備方法包括如下步驟
(I)將原料無定形硼粉與數(shù)個不銹鋼球密封進(jìn)不銹鋼球磨罐，放置于水平球磨機(jī)中進(jìn)·行球磨，球磨球質(zhì)量與原料質(zhì)量比為80 :1，球磨在氬氣氣氛下進(jìn)行，將密封球磨罐壓強(qiáng)充至240kpa，以110轉(zhuǎn)/分鐘在室溫下持續(xù)球磨150小時。(2)球磨后將密封罐置于充滿氮氣的手套箱中取出硼粉。球磨后硼粉末在氮氣氛圍下與催化劑硝酸鐵一同溶于乙醇有機(jī)溶劑，催化劑與硼粉質(zhì)量比為O. 07 :1，原料溶于有機(jī)溶劑的摩爾濃度O. 02M，溶液經(jīng)過O. 5小時超聲振蕩制備成硼涂料。(3)在低碳不銹鋼基底上將制備好的硼涂料均勻涂抹于基底上，涂抹量為O. 02mL/cm2。將其放置入平臥式燒結(jié)爐燒結(jié)，燒結(jié)爐持續(xù)通N2/H2氣體，溫度抬升速度達(dá)到20°C /min。燒結(jié)溫度達(dá)到1100°C，持續(xù)I小時，氣體流量保持在O. I O. 2L/min。(4)燒結(jié)結(jié)束，爐內(nèi)繼續(xù)通N2/H2氣體，氣體流量不變，溫度自然冷卻至室溫，即可得到基于不銹鋼金屬的氮化硼納米管疏水膜。圖I所示為本實施方式得到的基于不銹鋼基底生長的純白色氮化硼納米膜。由圖2可知,納米膜表面呈現(xiàn)超疏水特性,水滴接觸角達(dá)到161°。由圖3可知，氮化硼納米膜由竹節(jié)狀氮化硼納米管組成，含有少數(shù)圓柱結(jié)構(gòu)納米管(箭頭標(biāo)示)。納米管長度約為30 μ m，直徑范圍在150 250nm之間。由圖4可知，氮化硼納米管長度約為30 μ m，納米管生長致密。由圖5、圖6可知，由本實施方式制備的納米膜具有高純度，低缺陷，抗氧化的特點。NEXAFS表征中氮化硼納米管化學(xué)結(jié)構(gòu)主要為BN，B-N-O含量極少，納米膜有高純度BN鍵價結(jié)構(gòu)。EDX顯示納米膜主要成份為BN，C來自測試環(huán)境。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟(I)中所述的球磨機(jī)為立式球磨機(jī)。其它與具體實施方式
一相同。本實施方式所制備納米管長度約為30 μ m，直徑范圍在150 250nm之間。接觸角測量結(jié)果達(dá)到超疏水標(biāo)準(zhǔn)，水滴接觸角達(dá)到161°。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一、二不同的是，步驟(I)中所述的球磨在氨氣氣氛下進(jìn)行。其它與具體實施方式
一、二相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一、二、三不同的是，步驟(I)中所述的球磨壓強(qiáng)為300kpa。其它與具體實施方式
一、二、三相同。本實施方式所制備納米管長度約為30 μ m，直徑范圍在150 250nm之間。接觸角測量結(jié)果達(dá)到超疏水標(biāo)準(zhǔn)，水滴接觸角達(dá)到161°。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一、二、三、四不同的是，步驟(3)中在1100°c的燒結(jié)溫度下持續(xù)2小時。其它與具體實施方式
一至四相同。本實施方式所制備納米管長度約為40 μ m。直徑范圍在150 250nm之間。接觸角測量結(jié)果達(dá)到超疏水標(biāo)準(zhǔn)，水滴接觸角達(dá)到161°。
本發(fā)明的技術(shù)方案不局限于以上所列舉具體實施方式
，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。本領(lǐng)域人員還可以對其進(jìn)行局部改變，只要是沒有超出本專利的精神實質(zhì)，都示為對本專利的等同替換，都在本專利的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.氮化硼納米管疏水膜的制備方法，其特征在于所述方法包括如下步驟 (1)將原料無定形硼粉與數(shù)個不銹鋼球密封進(jìn)不銹鋼球磨罐，放置于球磨機(jī)進(jìn)行球磨，控制球磨球質(zhì)量與原料質(zhì)量比為70 90 :1，將密封球磨罐壓強(qiáng)充至240 300kpa，以90 120轉(zhuǎn)/分鐘在室溫下持續(xù)球磨150 170小時； (2)球磨后將密封罐置于充滿氮氣的手套箱中取出硼粉，球磨后硼粉末在氮氣氛圍下與催化劑一同溶于有機(jī)溶劑，催化劑與硼粉質(zhì)量比為O. 05 O. I :1，原料溶于有機(jī)溶劑的摩爾濃度范圍O. 02 O. 04M，溶液經(jīng)過O. 5 I小時超聲振蕩制備成硼涂料； (3)在低碳不銹鋼基底上將制備好的硼涂料均勻涂抹于基底上，涂抹量為O.01 O.02mL/cm2，將其放置入燒結(jié)爐燒結(jié)，燒結(jié)爐持續(xù)通隊/4氣體，溫度抬升速度達(dá)到15 200C /min，燒結(jié)溫度達(dá)到1100 1200°C，持續(xù)I 2小時，氣體流量保持在O. I O. 2L/min ； (4)燒結(jié)結(jié)束，爐內(nèi)繼續(xù)通N2/H2氣體，氣體流量不變，溫度自然冷卻至室溫，即可得到基于不銹鋼金屬的氮化硼納米管疏水膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氮化硼納米管疏水膜的制備方法，其特征在于球磨工藝密封在氬氣或氨氣下進(jìn)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氮化硼納米管疏水膜的制備方法，其特征在于所述催化劑為硝酸鐵或帶結(jié)晶水的硝酸鐵。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氮化硼納米管疏水膜的制備方法，其特征在于所述有機(jī)溶劑為乙醇。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氮化硼納米管疏水膜的制備方法，其特征在于所述球磨機(jī)為水平球磨機(jī)或立式球磨機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氮化硼納米管疏水膜的制備方法，其特征在于所述燒結(jié)爐為平臥式燒結(jié)爐。
全文摘要
氮化硼納米管疏水膜的制備方法，屬于防水納米材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明方法包括如下步驟(1)將原料無定形硼粉與數(shù)個不銹鋼球密封進(jìn)不銹鋼球磨罐，放置于球磨機(jī)進(jìn)行球磨；(2)球磨后將密封罐置于充滿氮氣的手套箱中取出硼粉，球磨后硼粉末在氮氣氛圍下與催化劑一同溶于有機(jī)溶劑，超聲振蕩制備成硼涂料；(3)在低碳不銹鋼基底上將制備好的硼涂料均勻涂抹于基底上，放置入燒結(jié)爐燒結(jié)；(4)燒結(jié)結(jié)束，爐內(nèi)繼續(xù)通N2/H2氣體，氣體流量不變，溫度自然冷卻至室溫，即可得到基于不銹鋼金屬的氮化硼納米管疏水膜。本發(fā)明所得納米膜具有高純度，高密度的特點，接觸角測量結(jié)果為158.1±3.6°，達(dá)到超疏水標(biāo)準(zhǔn)。
文檔編號C01B21/064GK102899659SQ20121039148
公開日2013年1月30日 申請日期2012年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月16日
發(fā)明者劉曉為, 李玲 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)