本發(fā)明涉及的是一種疏水材料。本發(fā)明也涉及的是一種疏水材料的制備方法。

背景技術：

受到自然界動植物的啟發(fā)，如荷葉，玫瑰花瓣，壁虎的腳，水稻葉子等都具有超疏水性能。仿照這些動植物的特性，制備出了人工疏水表面及潤濕性可控的界面。超疏水表面一般是指與水的接觸角大于150°，滾動角小于10°的表面。由于超疏水材料具有獨特的表面性能，如：自清潔性、抗腐蝕性、自愈合性等，可廣泛應用于日常生活、航空航天、汽車工業(yè)等領域中，同時也引起了人們對超疏水材料研究的極大興趣。研究表明，超疏水材料的制備采用兩種方法，一是在疏水材料表面上構筑微觀結構；二是在粗糙表面上修飾低表面能物質。降低表面自由能較容易實現(xiàn)，因此超疏水材料制備關鍵是構筑合適的表面微觀幾何結構。

現(xiàn)有技術中，由于超疏水材料需要具備的粗糙結構導致超疏水材料的強度和耐久性差，在許多領域應用受到限制。尤其在惡劣的外部環(huán)境下長期使用，會破壞材料的微納米結構，從而抗腐蝕性降低。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種具有良好的自清潔性、耐蝕性較好的超疏水材料。本發(fā)明的目的還在于提供一種超疏水材料的制備方法。

本發(fā)明的超疏水材料是通過化學刻蝕和浸涂法在合金基底上制備得到的的具有正十二面體納米結構的超疏水晶體表面。

所述的具有正十二面體納米結構的超疏水晶體是在具有正十二面體超疏水結構的zif-8的外面包袱sio2。

本發(fā)明的超疏水材料的制備方法包括：

步驟一：按照摩爾比為2～4:1的量將2-甲基咪唑甲醇溶液與硝酸鋅甲醇溶液混合，攪拌5min后靜置24h,用甲醇清洗三次，干燥，得到得到zif-8粉末；

步驟二：將zif-8粉末與十六烷基三甲基溴化銨按照8～10:1的重量比溶于無水乙醇中；

步驟三：將正硅酸乙酯、無水乙醇、氨水按照體積比為0.5：1：0.4的比例混合制成正硅酸乙酯無水乙醇溶液；

步驟四：正硅酸乙酯無水乙醇溶液滴加到步驟二得到的溶液中，室溫攪拌18h,用體積比1:1的去離子水與無水乙醇溶液洗滌三次，干燥；

步驟五：將步驟四得到的材料溶于體積比為7.5:2.5:0.5的乙醇、去離子水、十六烷基三甲氧基硅烷溶液中，調ph＝4.5，攪拌1小時，用去離子水、無水乙醇離心，干燥；

步驟六：將步驟五得到的材料e分散在正己烷中超聲10min，將合金浸入該溶液中，放入75℃烘箱中2h，取出得超疏水材料。

所述合金先進行預處理，所述預處理包括：(1)用砂紙打磨以及在無水乙醇中超聲清洗，用去離子水清洗，干燥；(2)浸泡到體積比為20:8:1的去離子水：鹽酸：乙酸溶液中，刻蝕7min；取出用去離子水沖洗，干燥。

本發(fā)明利用zif-8特有的正十二面體超疏水結構，在其外面包袱上sio2提高其抗腐蝕性能；進一步采用用低表面能物質修飾，獲得性能優(yōu)良的超疏水材料。通過化學刻蝕和浸涂法在合金基底上制備的具有正十二面體納米結構的超疏水晶體表面。制備的核結構是正十二面體結構。

本發(fā)明獲得的zif-8正十二面體結構大小為500nm，所以在其表面修飾保護層，包覆sio2之后的材料仍具有正十二面體結構，尺寸還保留在500nm左右，利用十六烷基三甲氧基硅烷低表面能物質的疏水性修飾得到的疏水zif-8@sio2仍是正十二面體結構。最后利用刻蝕得到的微結構與正十二面體納米結構相結合得到性能優(yōu)良的超疏水材料。

在過去的80多年中科學家們研究的周期性晶體結構僅僅是各種可能類型的有序固體中的一個子系統(tǒng)中而已，所以正十二面體準晶共軛結構的出現(xiàn)對超疏水材料有著非同小可的意義。準晶結構在生長過程中會產生一種新的無序形態(tài)，這是一種錯誤的單位晶胞或線段落入特定位置時所產生的缺陷，這種充滿缺陷的堆砌物比普通晶體具有更高的熱力學穩(wěn)定性，也就是說與完美周期結構中的缺陷有關的無序性實際上能使準晶體有序性穩(wěn)定下來。大小相近的正十二面體結構看成球形，那么它的堆垛方式是以變形的正十二面體共角頂連接，也就是正十二面體與正十二面體共軛生成的結果，可以有效構筑顯微粗糙結構，同時準晶也具有降低表面能的各向異性。較低的表面能可以有效降低液滴在表面的浸潤性，進而達到疏水效果。

正十二面體與正十二面體共軛會獲得理想共軛分數(shù)維模型，模型中有規(guī)律的分布著雙八面體空洞，在這一模型的八面體空洞中只要填充微粒之后，就能與微結構穩(wěn)定結合，zif-8@sio2后仍保留原來正十二面體結構，因此與刻蝕鎂合金所具有的微結構能緊密結合。

本發(fā)明的效果主要體現(xiàn)在：

1.測試接觸角達到150℃，不粘附日常生活中多種液體，例如水、橙汁、墨水、牛奶咖啡等，具有良好的自清潔性。

2.納米結構的顆粒與刻蝕鎂合金的微米結構較好地互嵌，所以該疏水材料耐蝕性較好，在3.5wt.％nacl溶液中浸泡3h后，阻抗模值可以達到5000ωcm²，明顯優(yōu)于空白鎂合金的阻抗模值。同時該材料具有良好的耐磨性，用對鋼材料打磨20min后，摩擦系數(shù)為0.400，低于空白鎂合金。

附圖說明

圖1a、圖1b、圖1c分別為zif-8、zif-8@sio2以及疏水修飾的zif-8@sio2結構疏水材料表面的掃描電鏡圖。

圖2a、圖2b分別為zif-8及zif-8@sio2核殼結構的透射圖。

圖3a、圖3b為空白az31鎂合金、刻蝕的鎂合金以及超疏水表面的鎂合金分別浸泡在3.5wt％nacl溶液3h后測試的波特圖。

圖4a、圖4b為空白az31鎂合金、刻蝕的鎂合金及超疏水表面的鎂合金分別打磨20min后的摩擦系數(shù)圖以及磨損量圖。

圖5為制備的zif-8@sio2核殼結構超疏水材料抗污及接觸角測試圖。

具體實施方式

下面舉例對本發(fā)明作更詳細的描述。

實施例1(1)az31鎂合金預處理：選擇3cm×3cm×2cm的鎂合金為基底，用砂紙打磨后在丙酮、無水乙醇中超聲清洗除去鎂合金表面的氧化膜及油污，最后用去離子水清洗，吹風機吹干以備用。

(2)制備zif-8粉末，配置0.04mol/l的硝酸鋅甲醇溶液，0.08mol/l的2-甲基咪唑甲醇溶液，將其等體積混合攪拌5min，攪拌2h，用甲醇離心三次，60℃干燥一夜，得到zif-8粉末。

(3)制備zif-8@sio2粉末，將80mgzif-8粉末以及10mg十六烷基三甲基溴化銨(ctab)溶于80ml無水乙醇中，攪拌5min。另取一個小燒杯，加入0.5ml正硅酸乙酯(teos)以及1ml無水乙醇超聲10min，在攪拌情況下向上述溶液中加入0.4ml的氨水，攪拌2min，最后把正硅酸乙酯無水乙醇溶液把逐滴滴加到上述溶液中，室溫攪拌18h,最后用1:1(v/v))溶液(去離子水/無水乙醇)洗滌三次，60℃烘箱中干燥6h.

(4)將2mg的zif-8@sio2粉末溶于包含有7.5ml乙醇2.5ml去離子水以及0.5ml十六烷基三甲氧基硅烷的溶液中(ph＝4.5用乙酸調節(jié))攪拌1小時，用去離子水，無水乙醇離心，60℃干燥。

(5)用體積比為8:20:1的鹽酸：水：乙酸的溶液刻蝕打磨好的鎂合金7min，用去離子水超聲洗滌5min，干燥待用。

(6)稱取0.002g疏水的zif-8@sio2粉末分散在10ml的正己烷中，超聲10min，把刻蝕的合金浸入上述溶液中，放入75℃烘箱中2h。

實施例2

本實施實例材料制備的方法與實施實例1基本相同，不同之處是制備zif-8攪拌時間為4h。

通過化學刻蝕構筑的微米結構結合浸涂法得到具有特殊微納米結構的超疏水表面，得到的納米zif-8顆粒規(guī)整，大小約為250nm，最后表面接觸角達到151°，具有良好的自清潔性及良好的耐蝕性，在浸泡3.5wt.％nacl溶液中浸泡3h后，阻抗模值仍可以達到7500ωcm²，同時該材料具有良好的耐磨性，打磨20min后，摩擦系數(shù)仍為0.388。

實施例3

本實施實例材料制備的方法與實施實例1基本相同，不同之處是制備zif-8時靜置24h。

最終得到的zif-8顆粒分散均勻，且大小約為500nm，試接觸角達到150℃，該疏水材料仍具有良好的自清潔性及良好的耐蝕性，在浸泡3.5wt.％nacl溶液中浸泡3h后，阻抗模值可以達到8000ωcm²，明顯優(yōu)于空白鎂合金的阻抗模值。同時該材料具有良好的耐磨性，用對鋼材料打磨20min后，摩擦系數(shù)為0.388，低于空白鎂合金。

實施例4

本實施實例材料制備的方法與實施實例3基本相同，不同之處是制備zif-8@sio2顆粒時加入teos的量改為0.25ml。

通過本方法制備的zif-8@sio2顆粒分散均勻，團聚現(xiàn)象不明顯，但通過透射發(fā)現(xiàn)有的形成中空結構。最后表面接觸角達到151°該材料同樣具有良好的自清潔性及良好的耐蝕性，在浸泡3.5wt.％nacl溶液中浸泡3h后，阻抗模值仍可以達到9500ωcm²，同時該材料具有良好的耐磨性，打磨20min后，摩擦系數(shù)為0.352。

實施例5

本實施實例材料制備的方法與實施實例4基本相同，不同之處是制備zif-8@sio2顆粒時加入氨水的量改為0.2ml。

通過本方法獲得的zif-8@sio2顆粒分散均勻，團聚現(xiàn)象不明顯，雖沒有zif-8結構規(guī)整。，但也足以證明在zif-8表面包覆一層sio2。測得表面接觸角達到155°。該材料同樣具有良好的自清潔性及良好的耐蝕性，在浸泡3.5wt.％nacl溶液中浸泡3h后，阻抗模值仍可以達50000ωcm²，同時該材料具有良好的耐磨性，打磨20min后，摩擦系數(shù)為0.288。

實施例6

本實施實例材料制備的方法與實施實例5基本相同，不同之處是制備疏水zif-8@sio2顆粒時加入的低表面能物質是硬脂酸。

本方法修飾劑發(fā)生了改變，但是通過本方法制備的疏水材料仍然是具有十二面體的核殼結構，測得表面接觸角達到154°。該材料同樣具有良好的自清潔性、在浸泡3.5wt.％nacl溶液中浸泡3h后，阻抗模值仍可以達48000ωcm²，同時該材料具有良好的耐磨性，打磨20min后，摩擦系數(shù)為0.283。

實施例7

本實施實例材料制備的方法與實施實例5基本相同，不同之處是制備疏水zif-8@sio2顆粒時加入的低表面能物質是氟硅烷。

通過該方法制備的具有十二面體的核殼結構的超疏水材料仍具有良好的超疏水性，測得表面接觸角達到156°。該材料同樣具有良好的自清潔性、良好的耐蝕性以及耐磨性。

實施例8

本實施實例材料制備的方法與實施實例5基本相同，不同之處是刻蝕的基底選擇鋁合金。

本方法基底發(fā)生改變，但是通過本方法制備的疏水材料仍然是具有十二面體的核殼結構，且微納米結構之間同樣具有很好的相互作用。測得表面接觸角達到155°。該材料同樣具有良好的自清潔性、良好的耐蝕性以及耐磨性。