长效减阻涂层、其制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种长效减阻涂层、其制备方法与应用。该涂层包括氧化锌薄膜层和粘附于所述氧化锌薄膜层表面的长链烷烃层。该方法首先利用化学气相沉积技术在金属丝网上制备双亲性(亲油/亲水)氧化锌薄膜，然后利用聚二甲基硅氧烷对氧化锌薄膜进行修饰改性，使其具备亲油疏水的单亲特性，最后对PDMS改性氧化锌进行浸油处理，从而获得所述长效减阻涂层。本发明专利技术的减阻涂层还可通过温度调控而改变减阻效果，并有效克服超疏水减阻技术在高速、高压条件下失效问题，其实现方式是通过将固-气-水界面转变为固-油-水界面，从而在高速高水压航体上起到减阻作用。此外该方法构筑的减阻涂层在水中长期浸泡后仍具有减阻作用，明显优于超疏水减阻材料。

【技术实现步骤摘要】
长效减阻涂层、其制备方法及应用
本专利技术属于材料
，特别是涉及一种长效减阻涂层及其制备方法。
技术介绍
提高燃料的利用效率，降低能源消耗是世界各国所面临的问题。减阻技术则从减小运动体阻力的方面出发提高单位能量的效率。以海洋工业为例，水中航行体的运行速度和能量消耗率是评价其性能的重要指标，其中运行速度决定着航行体的性能，而能量消耗率决定着航行体的续航能力和运行成本。航体的能量消耗率除与发动机效率有关外，航体在海水中行驶阻力也是主要影响因素。因此，如何降低航体的运行阻力，提高航体的运动速度，延长单位能量消耗下的航程，是提高涉海装备性能的关键。对于海洋中运动体，海豚、鲨鱼等鱼类游泳速度可达70km/h，这大大超出生物力学所计算的最高速度。研究发现，鱼类的流线型外表、规则分布的鳞片及体表粘液层均起到降低运动阻力的作用。因此，向自然学习，成为众多研究人员开展减阻工作的出发点。CN102492942A公开了一种减阻超疏水涂层及其制备方法，其采用仿荷叶结构构造了超疏水涂层，从而降低了运动体的阻力。但在高速及高水深条件下，超疏水的固-气-水界面转变为固-水界面从而产生增阻作用。CN103754819A公开了一种柔性MEMS减阻蒙皮的制备方法，其通过制备微凹坑阵列蒙皮，实现了减阻，但存在高成本、制备面积受限等问题。有鉴于此，开发新型减阻涂层是解决上述减阻技术问题的关键。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种长效减阻涂层及其制备方法，以克服现有技术中的不足。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：本专利技术实施例公开了一种长效减阻涂层，包括氧化锌薄膜层以及粘附于所述氧化锌薄膜层表面的长链烷烃层。优选的，在上述的长效减阻涂层中，所述的长链烷烃层由含碳数在18个以上的长碳链烷烃组成。优选的，在上述的长效减阻涂层中，所述的长碳链烷烃的熔化温度大于25℃。优选的，在上述的长效减阻涂层中，所述的长碳链烷烃在室温下为固态。优选的，在上述的长效减阻涂层中，所述氧化锌薄膜层和长链烷烃层之间形成有亲油疏水层。优选的，在上述的长效减阻涂层中，所述的亲油疏水层为有机硅材料。相应的，本专利技术实施例还公开了一种长效减阻涂层的制备方法，包括：将纳米氧化锌薄膜浸入到含有机硅烷的处理液中进行改性，在纳米氧化锌薄膜表面获得具有亲油疏水特性的涂层；将改性后的纳米氧化锌薄膜浸入熔化的长链烷烃液中，进行自组装处理，得到长效减阻涂层。优选的，所述纳米氧化锌薄膜的制备方法包括：以硝酸锌、氯化铵、尿素、氨水为原料配制溶液，将基体浸入60℃～100℃溶液中，反应1h～5h，获得氧化锌薄膜。优选的，所述含有机硅烷的处理液制备方法包括：将PDMS(聚二甲基硅氧烷)与固化剂以质量比10:(1～2)称取，溶解于10倍以上体积的乙酸乙酯中，混合均匀。优选的，所述自组装处理的温度为20℃～50℃，反应时间为5s～50s。本专利技术实施例还公开了所述长效减阻涂层于航体上的应用。与现有技术相比，本专利技术的优点包括：(1)本专利技术涂层具有优异的减阻性能，最大减阻效果可达50％，满足高速高水压航体的减阻要求；(2)本专利技术采用有机硅烷改性氧化锌薄膜，克服了氧化锌薄膜层与长链烷烃层粘附性差，容易被冲刷，重复性不好缺点；(3)长链烷烃在室温下为固态，在其熔点以上呈现液态，因此，本专利技术减阻涂层在不同的温度条件下呈现不同的减阻效果，满足不同的工况需求；(4)本专利技术的减阻涂层于水的接触面呈固-油-水界面，而不是超疏水涂层的固-气-水界面，解决了超疏水减阻的不稳定性的问题。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1a-图1b所示为本专利技术实施例1中聚二甲基硅氧烷改性氧化锌薄膜的微观结构的SEM图及三维形貌图；图2所示为本专利技术实施例1中聚二甲基硅氧烷改性氧化锌薄膜的亲油性能表征结果；图3a为本专利技术实施例1中减阻涂层不同速度下的减阻率测试图谱；图3b为本专利技术实施例1中减阻涂层在水中浸泡不同时间的减阻率测试图谱。具体实施方式鉴于现有技术的诸多缺陷，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案，其如前文所述，本专利技术人将结合下文内容对其进行更为具体的解释说明。本专利技术的一个方面公开了一种长效减阻涂层，其包括氧化锌薄膜层、以及粘附于所述氧化锌薄膜层表面的长链烷烃层。本专利技术的另一个方面还公开了一种长效减阻涂层的制备方法，包括：(1)将纳米氧化锌薄膜浸入到含有机硅烷的处理液中进行改性，在纳米氧化锌薄膜表面获得具有亲油疏水特性的涂层；(2)将改性后的纳米氧化锌薄膜浸入熔化的长链烷烃液中，进行自组装处理，得到长效减阻涂层。具体地，本案选择金属丝网为基体，首先利用化学气相沉积技术在金属丝网上制备双亲性(亲油/亲水)氧化锌薄膜，然后利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)对氧化锌薄膜进行修饰改性，使其具备亲油疏水的单亲特性，最后对PDMS改性氧化锌进行浸油(如正十八烷等室温为固态的长链烷烃及其混合物油)处理，从而获得一种阻力温度可控特性长效减阻涂层。本案的减阻涂层可通过温度调控而改变减阻效果，并有效克服超疏水减阻技术在高速、高压条件下失效问题，其实现方式是通过将固-气-水界面转变为固-油-水界面，从而在高速高水压航体上起到减阻作用。此外，该方法构筑的减阻涂层在水中长期浸泡后仍具有减阻作用，明显优于超疏水减阻材料。因此，本专利技术通过多种方法复合构筑了具备亲油疏水单亲特性涂层，而后利用浸油处理获得了温度可控减阻涂层，从而实现了有效减阻。本专利技术通过下列实施例作进一步说明：根据下述实施例，可以更好地理解本专利技术。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体的物料比、工艺条件及其结果仅用于说明本专利技术，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本专利技术。实施例1：该阻力温度可控特性的减阻涂层由聚二甲基硅氧烷改性氧化锌薄膜基体、表面浸涂正十八烷等室温为固态的长链烷烃及其混合物油脂所组成。该具有阻力温度可控特性的减阻涂层的制备工艺按照以下步骤进行：(1)水热法制备氧化锌薄膜，氧化锌薄膜的制备方法为(以100ml溶液计)：称取2.949g硝酸锌溶于95ml去离子水，依次加入0.10698g氯化铵、0.6004g尿素、5ml氨水，而后放入金属丝网，控制反应温度为90℃，反应时间3h，获得一定粒径及厚度的氧化锌薄膜；(2)聚二甲基硅氧烷修饰氧化锌薄膜，所述的聚二甲基硅氧烷改性处理工艺为：以质量比10:1称取PDMS及固化剂，以质量比1:10加入乙酸乙酯溶液混合均匀，随后将氧化锌薄膜浸入溶液10s后取出烘干，重复10次，获得具有亲油疏水特性的涂层。(3)浸油处理，所述的浸油处理工艺为(以正十八烷n-octadecane为例)：选择聚二甲基硅氧烷改性氧化锌薄膜为基体，以温度50℃将正十八烷熔化，随后将聚二甲基硅氧烷改性氧化锌薄膜样品浸入溶液中，约1min后取出，即得到氮化硅基封孔涂层。图1a-图1b所示为实施例1中聚二甲基硅氧烷改性氧化锌薄膜的微观结构。从图1a-图1b中可以看出，微米尺度的氧化锌团本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种长效减阻涂层，其特征在于包括氧化锌薄膜层以及粘附于所述氧化锌薄膜层表面的长链烷烃层。

【技术特征摘要】
1.一种长效减阻涂层，其特征在于包括氧化锌薄膜层以及粘附于所述氧化锌薄膜层表面的长链烷烃层。2.根据权利要求1所述的长效减阻涂层，其特征在于所述的长链烷烃层由含碳数在18个以上的长碳链烷烃组成。3.根据权利要求2所述的长效减阻涂层，其特征在于所述的长碳链烷烃的熔化温度高于25℃。4.根据权利要求3所述的长效减阻涂层，其特征在于所述的长碳链烷烃在室温下为固态。5.根据权利要求1所述的长效减阻涂层，其特征在于所述氧化锌薄膜层和长链烷烃层之间形成有亲油疏水层。6.根据权利要求5所述的长效减阻涂层，其特征在于所述亲油疏水层的材料选自有机硅材料。7.权利要求1至6任一项所述的长效减阻涂层的制备方法，其特征在于包括：将纳米氧化锌薄膜浸入到含有机硅烷的处理液中进行改性，在纳米氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘二勇，曾志翔，赵文杰，薛群基，王立平，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江,33