基本信息
- 項目名稱：
- 具有自清潔功能的超疏水微納米階層的構(gòu)筑
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本作品是一種具有自清潔功能的環(huán)保小屋，即無需人工除塵的房屋。采用自主研制的具有分等級結(jié)構(gòu)的超疏水材料作為房屋屋頂?shù)耐獗砻?，通過表面硅烷化處理實現(xiàn)超疏水功能。具有免人工清潔、防沾濕、低耗能等功能。本作品在室外天線、太陽能面板防水、防凍方面；石油管道防止石油在管道壁粘滯；輪船的外殼防止為生物吸附、減阻等方面具有重要應用，同時這種超疏水表面可以提高材料的耐腐蝕性能。
- 詳細介紹：
- 本項目的目的在于提供一種具有超疏水表面，這種超疏水表面應用到房屋的屋頂可以實現(xiàn)房屋表面的自清潔功能。這種超疏水表面是以輕質(zhì)的鎂合金為基底，利用適當?shù)霓D(zhuǎn)化液進行處理，在基底表面構(gòu)筑具有微-納米分等級結(jié)構(gòu)的Ni-Al水滑石轉(zhuǎn)化膜,通過十七氟癸基三甲氧基硅烷(CF3(CF2)7CH2CH2Si(OCH3)3)對其表面修飾，得到超疏水表面，可以實現(xiàn)房屋表面的自清潔功能。結(jié)果表明，這種超疏水水滑石薄膜同時能對基體提供較好的腐蝕保護，擴大了該超疏水表面的應用范圍，在室外天線防雷、船體防海洋生物附著、潛艇減阻等領(lǐng)域具有廣闊應用前景。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 本作品設計的目的和基本思路：鎂合金具有密度低、比強度高和硬度高等優(yōu)良的物理及機械性能，可以作為一些輕量化工程應用的理想結(jié)構(gòu)材料。但鎂合金極易被腐蝕，使其應用環(huán)境受到限制，從而制約了鎂合金的廣泛推廣。作品的目的在于構(gòu)筑具有微納米階層的鎂合金表面，再通過降低表面自由能，實現(xiàn)在鎂合金表面構(gòu)筑超疏水自清潔表面，從而達到防腐蝕的目的?；舅悸肥沁x用輕質(zhì)的鎂合金作為基底，通過在基底表面原位構(gòu)筑具有微-納米分等級結(jié)構(gòu)的Ni-Al水滑石粗糙表面,再利用十七氟癸基三甲氧基硅烷(CF3(CF2)7CH2CH2Si(OCH3)3)對其表面修飾，賦予表面以超疏水性，從而實現(xiàn)鎂合金表面的自清潔功能。 創(chuàng)新點：利用鎂合金表面的鎂元素作為形成水滑石二維層板的鎂源，通過水熱合成法實現(xiàn)具有分等級結(jié)構(gòu)水滑石在合金表面的原位構(gòu)筑，通過低表面能物質(zhì)的修飾，賦予表面以超疏水性。 技術(shù)關(guān)鍵：具有較好結(jié)合力的微納米分等級結(jié)構(gòu)原位構(gòu)筑以及表面能的降低。主要技術(shù)指標：表面為微納米分等級結(jié)構(gòu)：XRD譜線、紅外光譜譜線、SEM-EDS、腐蝕極化曲線；表面具有超疏水性能：接觸角。
科學性、先進性
- 傳統(tǒng)超疏水表面制備的方法有模板法、溶膠-凝膠法、電化學方法、刻蝕法、水熱合成法等方法，均存在工藝復雜、成本高、實驗要求條件嚴格等缺點。本項目從仿生學中得到啟發(fā)，即自然界中的某些植物如荷葉表面，具有疏水性質(zhì)和自清潔功能。荷葉效應是由粗糙表面上雙層結(jié)構(gòu)的微凸體及其表面蠟狀物共同作用的結(jié)果,通過在合金表面原位構(gòu)筑微-納米分等級結(jié)構(gòu)的Ni-Al水滑石粗超表面，賦予其超疏水性，實現(xiàn)鎂合金表面的自清潔功能。 與傳統(tǒng)的方法比較，本方法鎂合金表面防腐方法比較，用超疏水性來達到防腐蝕的方法，對環(huán)境以及人體無害，經(jīng)濟，工藝簡單，操作條件無嚴格要求。 [1]J.E. Gray, B. Luan. Protective coatings on magnesium and its alloys — a critical review [J]. Journal of Alloys and Compounds, 2002, 336: 88–113.
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 某大學2011年5月“五四杯”一等獎
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 專利權(quán)技術(shù)轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 實物、圖片、現(xiàn)場演示
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 該作品可以實現(xiàn)房屋的免人工清潔，節(jié)省了勞動力和能源。該作品同樣適用于一下其它領(lǐng)域，如：該超疏水表面材料用在室外天線、太陽能面板、光電轉(zhuǎn)換器上可以防止雪的粘附；超疏水表面用于石油管道的運輸過程中，可以防止石油在管道壁粘滯，從而減少運輸過程中的損耗及能量消耗，并防止管道堵塞；超疏水材料涂在輪船的外殼、燃料儲備箱上，可以達到防污、防腐的效果;用于水中運輸工具，可以減少水的阻力，提高行駛速度。 經(jīng)濟效益分析：由實驗用各種化學原料的成本及用量，可計算每平方米鎂合金板增加成本約2元，成本增加不大。
同類課題研究水平概述
- 自從Kao研究組在20世紀90年代中期首次制備出了人造的超疏水性表面，有許多制備超疏水性表面的巧妙的方法被報道了。除了防水的性質(zhì)，其它的一些性質(zhì)如透明度和顏色、各向異性、可逆性、靈活性和透氣性也被納入超疏水表面。 國內(nèi)的中科院化學研究所的江雷研究組在超疏水領(lǐng)域做了大量的研究工作：他們通過向自然學習，研究多種生物體表面特殊浸潤性，揭示了生物體表面超疏水性的形成機理，為相關(guān)仿生界面及智能材料的設計制備提供依據(jù)；仿生制備超疏水界面材料，并實現(xiàn)多功能化組合的超疏水表面，又同時將不同種類的特殊浸潤性如：超疏油/超疏水（超雙疏）、超親油/超親水（超雙親）、超疏油/超親水、超疏水/超親油組合，建立仿生超疏水界面材料體系；通過系統(tǒng)研究界面材料結(jié)構(gòu)和特性規(guī)律，提出了“納米界面材料的二元協(xié)同效應”，創(chuàng)造性地將仿生微納米復合結(jié)構(gòu)與外場響應性分子設計相結(jié)合，實現(xiàn)了在單一或多重外場控制下材料表面浸潤性的可逆變化。 國外也有很多課題組在超疏水表面的制備上做了大量的研究工作。日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所石崎孝弘等人，通過將鎂合金浸泡在超純水中而不添加其他試劑在一定的條件下進行水熱反應，然后在經(jīng)過低表面能的物質(zhì)進行修飾，得到了超疏水性表面，并且他們還研究了所制備的超疏水鎂合金的耐蝕性能。Lee等人，制造出垂直排列的聚乙烯纖維，通過以陽極化的多孔氧化鋁為模板在高溫及高壓下使聚乙烯進入到模板氧化鋁的孔內(nèi)得到的。隨之表面聚乙烯納米纖維的比例增加，納米纖維不能夠垂直排列而是形成扭曲的束狀在表面形成三維尺度的粗糙度。Feng等人，通過兩步溶液合成法制備出的氧化鋅納米棒的掃描電子顯微鏡的圖。這種呈納米棒狀的氧化鋅薄膜呈現(xiàn)超疏水性因為表面的粗糙度和薄膜表面納米棒的（001）平面的低表面能通過X射線衍射得到的。有趣的是，當用紫外線照射該表面時，該表面會由超疏水性轉(zhuǎn)變成超親水性，這是因為當紫外線照射到該表面時，會在該表面形成電子空穴對，導致羥基吸附到氧化鋅的表面。將被紫外線照射過的薄膜在黑暗的地方放置7天之后，薄膜又回具有超疏水性。類似的，他們制備出了具有超疏水和超親水可轉(zhuǎn)換的二氧化鈦納米棒薄膜。
