氧化石墨烯超疏水涂层的制备方法及涂层蒸镀装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种氧化石墨烯超疏水涂层的制备方法，包括利用蒸镀方法将氧化石墨烯溶液蒸镀在金属基底上成为内涂层，内涂层的蒸镀条件为35‑95℃，非真空蒸镀0.5‑3h；再利用蒸镀方法将低表面能的有机物蒸镀在所述内涂层上成为外涂层，外涂层的蒸镀条件为100‑150℃下非真空蒸镀0.5‑3h后，140‑160℃下烘干1‑3h。本发明专利技术还公开了一种涂层蒸镀装置，包括上部滚筒式装置和下部蒸发装置。本发明专利技术制备的超疏水氧化石墨烯涂层表面接触角150°以上，涂层之间特殊的结构使得其不仅可有效的抑制水汽、油污等对涂层的粘附和侵蚀，还不易剥落，使用寿命长，便于实现大规模生产，使其在自清洁、防腐蚀等领域有广泛的应用。

Method for preparing super hydrophobic coating of graphene oxide and coating evaporation device

The invention discloses a method for preparing graphene oxide superhydrophobic coatings, including plating methods of graphene oxide solution evaporation become coating on metal substrates by inner coating deposition conditions for 35 95 DEG C, non vacuum evaporation of 0.5 3H; reuse of organic matter deposition method the low surface energy deposition in the inner coating become coating, outer coating deposition conditions for 100 under 150 DEG C for non vacuum evaporation of 0.5 3h, 140 160 C 1 drying 3h. The invention also discloses a coating evaporation device, comprising an upper roller type device and a lower evaporation device. The preparation of super hydrophobic graphene oxide coating on the surface of the contact angle more than 150 degrees, the special structure of the coating which not only can effectively inhibit water vapor, oil on the adhesion of coating and erosion, also not easy peeling, long service life, easy to realize large-scale production, which has been widely used in self cleaning anti corrosion, etc..

【技术实现步骤摘要】
氧化石墨烯超疏水涂层的制备方法及涂层蒸镀装置
本专利技术涉及一种涂层的制备方法及涂层制备装置，特别是涉及一种超疏水涂层的制备方法及一体化涂层制备装置，还特别涉及一种石墨烯表面的修饰方法，应用于纳米材料涂层制备和石墨烯表面润湿调控

技术介绍
随着经济的发展，金属材料由于其高强度、可塑性强、硬度高、耐热耐寒等优良性能，已经成为工业和生活中最重要的材料。然而由于金属材料性质较为活泼，不稳定，严重限制其在恶劣环境中的应用。通过制备合金、电化学保护、添加缓蚀剂等方法可以在一定程度上解决问题，但相比这些，人们发现防腐涂层是最有效、最经济、应用最为普遍的方法。常用的涂层材料有环氧树脂、油脂、生漆等。有机材料良好的稳定性有效的保护了金属材料。同时也产生了新的问题，涂层的粘附程度不良将会严重影响其保护作用，所以保护层与基底之间的结合能力是衡量涂层对基底保护力的重要依据。石墨烯作为一种新型的碳纳米材料，其独特的二维片层结构，使其比表面积较高，接触面积大，表面吸附力强，能在基底表面形成二维平面结构，增强涂层与基底的吸附力，使涂层更加均匀致密，结合强度更高，且石墨烯表面疏水，有助于提高涂层的韧性，耐摩性，导热性及防腐性能。但直接制备石墨烯涂层工艺复杂，目前制备石墨烯涂层的方法大多数以氧化石墨烯为原料，通过在后处理中提高氧化石墨烯还原程度，或在氧化石墨烯的含氧官能团上接续疏水官能团以达到疏水防污、耐腐蚀的性能。专利文献公开号为CN103101908B的涂层专利技术公布了一种调制石墨烯薄膜润湿性的方法，利用喷枪将氧化石墨烯分散液喷到加热的衬底上，接着对其进行肼蒸汽还原，并对上述样品进行碳颗粒的修饰从而实现石墨烯薄膜表面超疏水的特性，最终得到碳颗粒修饰后石墨烯薄膜润角达到155°，但该法所需设备昂贵，操作复杂，难以实现大规模工业化生产。
技术实现思路
为了解决现有技术问题，本专利技术的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种氧化石墨烯超疏水涂层的制备方法及涂层蒸镀装置，针对现有技术中氧化石墨烯超疏水涂层的易剥落、使用寿命不长，难以实现大规模工业化生产的问题，本专利技术利用蒸镀方法，先将氧化石墨烯蒸镀到金属基底上，再对所制备的涂层表面蒸镀进行疏水修饰，当氧化石墨烯蒸镀到金属表面时，由于金属的还原作用使其与氧化石墨烯反应并以化学键的方式结合，有效的提高了涂层与基底之间的结合力，涂层不易剥落，且该法简单经济，便于实现大规模工业化生产。为达到上述专利技术创造目的，本专利技术采用下述技术方案：一种氧化石墨烯超疏水涂层的制备方法，包括如下步骤：a.内涂层制备工艺：利用蒸镀方法，采用浓度为0.1-10mg/mL的氧化石墨烯溶液，将氧化石墨烯蒸镀在金属基底上，形成内涂层，内涂层的蒸镀条件为：在35-95℃的蒸镀温度下，采用非真空蒸镀，控制蒸镀时间为0.5-3h，使内涂层中的部分氧化石墨烯发生氧化还原反应生成石墨烯；金属基底的材料优选锌、铁、铝和铜中的任意一种或任意几种的合金；b.外涂层制备工艺：利用蒸镀方法，将低表面能的有机物蒸镀在步骤a中制备的内涂层上，形成外涂层，外涂层的蒸镀条件为：在100-150℃的蒸镀温度下，采用非真空蒸镀，控制蒸镀时间为0.5-3h，在蒸镀制备外涂层工艺结束后，再在140-160℃下对涂层烘干1-3h，完成对内涂层疏水修饰，即在金属基底上制备了内涂层和外涂层结合形成的氧化石墨烯超疏水复合涂层。低表面能的有机物优选氟碳表面活性剂；并进一步优选十三氟辛基三乙氧基硅烷、三甲基硅醇和聚二甲基硅氧烷中的任意一种或任意几种的混合表面活性剂。作为本专利技术优选的技术方案，采用低表面能的有机物的溶液进行制备外涂层的蒸镀工艺，低表面能的有机物的溶液的质量百分比浓度不低于1wt.％。一种自组装超疏水氧化石墨烯涂层的蒸镀装置，包括上部滚筒式装置和下部蒸发装置，上部滚筒式装置主要包括设置于上盖内部的滚筒，滚筒的两端固定连接转轴形成转动体，转轴通过旋转接头设置与上盖上的轴孔中，在滚筒的外表面用于固定被蒸镀的金属基片，上盖内部形成设置滚筒的滚筒腔室内，利用电动机联合转速及电源控制模块对转轴进行传动，使转轴驱动滚筒进行旋转，进而使滚筒的转速可控，并且通过温控装置使滚筒的表面温度可控，进而控制设置于滚筒外表面上的金属基片的温度；下部蒸发装置主要包括溶液池、搅拌器、温度及转速控制模块、热电偶和液位计，在溶液池中加入设定量的氧化石墨烯溶液或低表面能的有机物溶液，溶液池的上方空间与滚筒腔室连通形成蒸发室，通过液位计来实时检测在溶液池中的溶液的量，并通过热电偶来实时检测在溶液池中的溶液的温度，通过温度及转速控制模块控制溶液池内的溶液温度，并控制搅拌器对溶液池内的溶液进行搅拌；设置电源为各电子装置供电；上盖的敞口下沿与溶液池的容器敞口上沿能进行可装卸式的密封安装。作为本专利技术优选的技术方案，在上部滚筒式装置中，控制滚筒的表面温度温控装置是由设置于转动体上的进液管、螺旋管线和出水管连通组成液体温控系统液流管路，进液管外接冷水源或热水源，出水管接集水槽，螺旋管线排布设置于滚筒内部，作为滚筒的表面换热器。作为本专利技术上述方案的进一步优选的技术方案，上盖的敞口下沿与溶液池的容器敞口上沿之间设置有密封水槽，能使上盖的敞口下沿与溶液池的容器敞口上沿同时浸入密封水槽中的水面之下，从而对蒸发室进行密封。作为本专利技术上述方案的进一步优选的技术方案，上盖的敞口下沿与溶液池的容器敞口上沿通过设置合页机构进行转动开启和合拢，在上盖外表面还设有把手。作为本专利技术上述方案的进一步优选的技术方案，溶液池包括两个分隔开的溶液小池，分别注入氧化石墨烯溶液和低表面能的有机物溶液，通过控制溶液小池上方的活动封盖来控制与滚筒腔室的连通切换，分别形成氧化石墨烯蒸发室和低表面能的有机物蒸发室，进而分别向设置于在滚筒的外表面上的金属基片上蒸镀不同的涂层。本专利技术与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：1.本专利技术利用蒸镀方法将氧化石墨烯蒸镀到金属基底表面，由于金属的还原作用使其与氧化石墨烯反应，使涂层与基底的之间的结合力不仅依靠物理吸附，而且还通过以化学键的方式结合，有效的提高了涂层与基底之间的结合力，使得涂层不易剥落，使用寿命长；2.本专利技术提供的制备超疏水氧化石墨烯涂层的蒸镀设备蒸镀效率高，构造简单，成本低，在非真空的条件下使用，便于实现大规模工业化生产；3.本专利技术利用该蒸镀设备制备超疏水氧化石墨烯涂层的方法简单，制备过程无污染，也不会破坏金属基底；4.本专利技术制备的氧化石墨烯超疏水涂层均匀紧密，表面接触角在150°以上，实现了涂层表面的超疏水性，可有效的抑制水汽、油污等对涂层的粘附和侵蚀，使该涂层在自清洁、防腐蚀等领域有广泛的应用。附图说明图1为本专利技术实施例一自组装超疏水氧化石墨烯涂层的蒸镀装置的结构示意图。图2为沿着滚筒轴向的本专利技术实施例一自组装超疏水氧化石墨烯涂层的蒸镀装置的结构示意图。图3为在金属铝表面蒸镀的本专利技术实施例一氧化石墨烯涂层在扫描电镜下的SEM微观结构照片。图4为X射线光电子能谱分析XPS对本专利技术实施例一氧化石墨烯涂层碳元素的分析及各元素百分比图。图5为本专利技术实施例一氧化石墨烯涂层的拉曼光谱分析Raman图。图6为本专利技术实施例一的十三氟辛基三乙氧基硅烷修饰后的氧化石墨烯超疏水涂层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化石墨烯超疏水涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：a.内涂层制备工艺：利用蒸镀方法，采用浓度为0.1‑10mg/mL的氧化石墨烯溶液，将氧化石墨烯蒸镀在金属基底上，形成内涂层，所述内涂层的蒸镀条件为：在35‑95℃的蒸镀温度下，采用非真空蒸镀，控制蒸镀时间为0.5‑3h，使内涂层中的部分氧化石墨烯发生氧化还原反应生成石墨烯；b.外涂层制备工艺：利用蒸镀方法，将低表面能的有机物蒸镀在所述步骤a中制备的内涂层上，形成外涂层，所述外涂层的蒸镀条件为：在100‑150℃的蒸镀温度下，采用非真空蒸镀，控制蒸镀时间为0.5‑3h，在蒸镀制备外涂层工艺结束后，再在140‑160℃下对涂层烘干1‑3h，完成对内涂层疏水修饰，即在金属基底上制备了内涂层和外涂层结合形成的氧化石墨烯超疏水复合涂层。

【技术特征摘要】
1.一种氧化石墨烯超疏水涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：a.内涂层制备工艺：利用蒸镀方法，采用浓度为0.1-10mg/mL的氧化石墨烯溶液，将氧化石墨烯蒸镀在金属基底上，形成内涂层，所述内涂层的蒸镀条件为：在35-95℃的蒸镀温度下，采用非真空蒸镀，控制蒸镀时间为0.5-3h，使内涂层中的部分氧化石墨烯发生氧化还原反应生成石墨烯；b.外涂层制备工艺：利用蒸镀方法，将低表面能的有机物蒸镀在所述步骤a中制备的内涂层上，形成外涂层，所述外涂层的蒸镀条件为：在100-150℃的蒸镀温度下，采用非真空蒸镀，控制蒸镀时间为0.5-3h，在蒸镀制备外涂层工艺结束后，再在140-160℃下对涂层烘干1-3h，完成对内涂层疏水修饰，即在金属基底上制备了内涂层和外涂层结合形成的氧化石墨烯超疏水复合涂层。2.根据权利要求1所述氧化石墨烯超疏水涂层的制备方法，其特征在于：在所述步骤a中，所述金属基底的材料是锌、铁、铝和铜中的任意一种或任意几种的合金。3.根据权利要求1或2所述氧化石墨烯超疏水涂层的制备方法，其特征在于：在所述步骤b中，所述低表面能的有机物是氟碳表面活性剂。4.根据权利要求3所述氧化石墨烯超疏水涂层的制备方法，其特征在于：在所述步骤b中，所述低表面能的有机物是十三氟辛基三乙氧基硅烷、三甲基硅醇和聚二甲基硅氧烷中的任意一种或任意几种的混合表面活性剂。5.根据权利要求1或2所述氧化石墨烯超疏水涂层的制备方法，其特征在于：在所述步骤b中，采用低表面能的有机物的溶液进行制备外涂层的蒸镀工艺，所述低表面能的有机物的溶液的质量百分比浓度不低于1wt.％。6.一种自组装超疏水氧化石墨烯涂层的蒸镀装置，其特征在于：包括上部滚筒式装置和下部蒸发装置，所述上部滚筒式装置主要包括设置于上盖(9)内部的滚筒(4)，所述滚筒(4)的两端固定连接转轴(3)形成转动体，所述转轴(3)通过旋转接头(2)设置与上盖(9)上的轴孔中，在滚筒(4)的外表面用于固定被蒸镀的金属基片，所述上盖(9)内部形成设置滚筒(4)的滚筒腔室内，利用电动机(7)联合转速及电源控制模块(8)对转轴(3)进行传动，使转轴(3)驱动滚筒(4)进行旋转，进而使所述滚筒(4)的转速可控，并且通过温控装置使所述滚筒(...

【专利技术属性】
技术研发人员：周忠福，俞健舒，武晓婉，张昊，杨清晨，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海,31