一种二氧化铈纳米棒及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及纳米材料制备领域，尤其涉及一种二氧化铈纳米棒的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：在Ar和O2的混合气氛中，以Si(100)单晶片作为衬底，以Ce作为靶材，进行掠入射磁控溅射，得到二氧化铈纳米棒。本发明专利技术通过掠入射磁控溅射方法可以得到表面为三棱锥的二氧化铈纳米棒，利用本发明专利技术提供的制备方法制备得到的二氧化铈纳米棒与水的接触角≥107.5°，最大可达143.2°，是目前二氧化铈材料的最大接触角值。

【技术实现步骤摘要】
一种二氧化铈纳米棒及其制备方法和应用
本专利技术涉及纳米材料
，尤其涉及一种二氧化铈纳米棒及其制备方法和应用。
技术介绍
浸润性是固体表面的重要特征之一，从人们的日常生活到工农业生产再到国防军事装备领域，浸润性都是一种非常重要的性质。润湿性的应用极其广泛：超疏水界面材料用在室外天线上，可以防水防积雪，从而保证高质量信号的接收；超双疏界面材料可涂在轮船和舰艇的外壳、燃料储备箱上，可以达到防污染、防腐蚀的效果；用在石油管道中在石油运输过程中，可以防止石油在管道壁粘滞，从而减少运输过程中的损耗及能量消耗，并防止管道堵塞；用于水中运输工具或水下核潜艇上，可以减少水的阻力，提高行驶速度；用于微量注射器针尖上，可以完全消除昂贵的药品在针尖上的粘滞及由此带来的针尖污染；也可以用它来修饰纺织品，做成防水和防污染的服装等等。因此，材料的浸润性在国民经济各个领域及国防建设中有着非常重要的应用。探索决定材料浸润性的微观机制，制备具有高(超)疏水性能的材料成为诸多领域的重大需求。目前，影响固体表面浸润性的因素主要有两个：一是固体的表面自由能；二是固体的表面粗糙度。超疏水(水接触角＞150°)材料的表面除了具备低表面能以外还要有一定的粗糙度。制备超疏水表面的主要方法是用低表面能的材料来修饰粗糙的表面。Minami等人利用溶胶-凝胶法制备了粗糙多孔的Al2O3薄膜，然后用氟硅烷修饰这种薄膜，得到与水的接触角为165°的超疏水Al2O3薄膜。McCarthy小组利用光刻蚀的方法制备出具有微米级柱状阵列结构的硅表面，用硅烷化试剂进行疏水处理而得到超疏水表面；Yoshimitsu等人利用机械刻蚀的方法，获得了具有规则的微米级粗糙度的图案硅表面，经过氟硅烷处理后，便可得到接触角约150°的超疏水表面。Bartell和Shepard用机械刻蚀的方法制备了具有四面体形结构的粗糙石蜡表面，这种表面与水的接触角约为160°。上述的许多研究成果虽然都获得了较为理想的疏水表面，但这些研究成果也存在一个制约其广泛应用的共性问题：那就是这些低表面能的涂层材料大部分是高温化学稳定性较低，力学性能差的聚合物或高分子材料。这些聚合物材料或高分子材料在高温条件或机械冲击等较为苛刻的工作环境中很可能会发生分解、剥离和脱落等现象，从而影响实际应用中的疏水效果。另一方面，上述研究均采用低表面能的涂层来修饰粗糙表面，使得其制备工艺相当复杂。因此，如何制备得到一种具有较好疏水效果的本征疏水材料成为了人们研究的重点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有良好疏水效果的二氧化铈纳米棒的制备方法及其应用。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种二氧化铈纳米棒的制备方法，包括以下步骤：在Ar和O2的混合气氛中，以Si(100)单晶片作为衬底，以Ce作为靶材，进行掠入射磁控溅射，得到二氧化铈纳米棒。优选的，所述Ar和O2的体积比为(25～35)：10。优选的，所述掠入射磁控溅射的掠射角为45～55°。优选的，所述掠入射磁控溅射的压强为0.8～2Pa。优选的，所述掠入射磁控溅射的温度为200～600℃。优选的，所述掠入射磁控溅射的射频功率为90～110W，溅射时间为80～180分钟。本专利技术还提供了所述的制备方法制备得到的二氧化铈纳米棒，所述二氧化铈纳米棒与水的接触角≥107.5°。本专利技术还提供了所述二氧化铈纳米棒在制备疏水陶瓷材料中的应用。本专利技术提供了一种二氧化铈纳米棒的制备方法，包括以下步骤：在Ar和O2的混合气氛中，以Si(100)单晶片作为衬底，以Ce作为靶材，进行掠入射磁控溅射，得到二氧化铈纳米棒。本专利技术通过掠入射磁控溅射方法可以得到表面为三棱锥的二氧化铈纳米棒，利用本专利技术提供的制备方法制备得到的二氧化铈纳米棒与水的接触角≥107.5°，最大可达143.2°，是目前二氧化铈材料的最大接触角值。附图说明图1为实施例1制备得到的二氧化铈纳米棒的截面扫描电镜图；图2为实施例1制备得到的二氧化铈纳米棒的平面扫描电镜图；图3为实施例2制备得到的二氧化铈纳米棒的截面扫描电镜图；图4为实施例2制备得到的二氧化铈纳米棒的平面扫描电镜图；图5为实施例3制备得到的二氧化铈纳米棒的截面扫描电镜图；图6为实施例3制备得到的二氧化铈纳米棒的平面扫描电镜图；图7为实施例4制备得到的二氧化铈纳米棒的截面扫描电镜图；图8为实施例4制备得到的二氧化铈纳米棒的平面扫描电镜图。具体实施方式本专利技术提供了一种二氧化铈纳米棒的制备方法，包括以下步骤：在Ar和O2的混合气氛中，以Si(100)单晶片作为衬底，以Ce作为靶材，进行掠入射磁控溅射，得到二氧化铈纳米棒。在本专利技术中，若无特殊说明，所有原料组分均为本领域技术人员熟知的市售产品。在本专利技术中，进行掠入射磁控溅射前，优选对所述Si(100)单晶片和Ce靶材进行预处理；所述对所述Si(100)单晶片的预处理优选为将所述Si(100)单晶片切割成2cm×2cm的尺寸后，依次在丙酮、酒精和去离子水中分别超声10分钟，吹风机吹干。所述对Ce靶材的预处理优选为采用Ar离子溅射，清洗掉靶材表面上的污染物；本专利技术对所述Ar离子溅射的条件没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的溅射条件进行即可。在本专利技术中，所述Ar为溅射气体，所述O2为反应气体。在本专利技术中，所述Ar和O2的体积比优选为(25～35)：10，更优选为(28～32)：10，最优选为(29～31)：10。在本专利技术中，所述掠入射磁控溅射的压强优选为0.8～2Pa，更优选为1～1.8Pa，最优选为1.2～1.6Pa。在本专利技术中，所述掠入射磁控溅射的掠射角优选为45～55°，更优选为48～52°，最优选为49～51°。在本专利技术中，所述掠入射磁控溅射的温度优选为200～600℃，更优选为300～500℃，最优选为350～450℃。在本专利技术中，所述掠入射磁控溅射的射频功率优选为90～110W，更优选为95～105W，最优选为98～102W；所述溅射时间优选为80～180分钟，更优选为100～160分钟，最优选为120～140分钟。在本专利技术中，所述掠入射磁控溅射的条件可以获得粗糙度最大的CeO2纳米棒，可以使CeO2纳米棒的表面颗粒更加均匀，形状更为完整、均匀，进而提高纳米棒与水的表面接触角。本专利技术还提供了所述的制备方法制备得到的二氧化铈纳米棒，所述二氧化铈纳米棒与水的接触角≥107.5°。本专利技术还提供了所述二氧化铈纳米棒在制备疏水陶瓷材料中的应用。下面结合实施例对本专利技术提供的二氧化铈纳米棒及其制备方法和应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本专利技术保护范围的限定。实施例1将Si(100)单晶片切割成2cm×2cm的尺寸后，依次在丙酮、酒精和去离子水中分别超声10分钟，吹风机吹干；采用Ar离子溅射，清洗掉靶材表面上的污染物；在体积比为30:10的Ar和O2的混合气氛中进行掠入射磁控溅射，掠射角为50°，溅射压强为0.8Pa，射频功率为100W，溅射温度为400℃，溅射时间为120分钟，得到二氧化铈纳米棒。图1为所述二氧化铈纳米棒的截面扫描电镜图，图2为所述二氧化铈纳米棒的平面扫描电镜图，由图1和图2可以看出，二氧化铈纳米棒彼此独立，未出现团聚现象，且其顶端呈现三棱锥的形貌，绝大多数三棱锥大本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二氧化铈纳米棒的制备方法，包括以下步骤：在Ar和O2的混合气氛中，以Si(100)单晶片作为衬底，以Ce作为靶材，进行掠入射磁控溅射，得到二氧化铈纳米棒。

【技术特征摘要】
1.一种二氧化铈纳米棒的制备方法，包括以下步骤：在Ar和O2的混合气氛中，以Si(100)单晶片作为衬底，以Ce作为靶材，进行掠入射磁控溅射，得到二氧化铈纳米棒。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述Ar和O2的体积比为(25～35)：10。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述掠入射磁控溅射的掠射角为45～55°。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述掠入射磁控溅射的压强...

【专利技术属性】
技术研发人员：安涛，窦春月，鞠金宁，魏文龙，纪全增，
申请(专利权)人：长春大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22