碳納米管超疏水材料在家電行業(yè)中的應用前景

近幾年，柱狀結構陣列碳納米管膜的超疏水材料的研究有了很大的進展，納米超疏水材料以其的性能，超強的疏水能力，在家電行業(yè)中有著越來越廣泛的應用前景。1.固體表面浸潤性及主要指標浸潤性指當液體和固體表面接觸時，液體可以漸漸滲入或附著在固體表面的特性。浸潤性是固體表面的重要性質之一，此文主要介紹液體水在固體表面的浸潤性。接觸角和滾動角是評價固體表面浸潤性的重要指標。1.1接觸角所謂接觸角，就是液滴在固體表面形成熱力學平衡時所持有的角。通過液體-固體-氣體接合點中水珠曲線的終點和固體表

面的接觸點測定出來。根據(jù)水在固體表面的浸潤程度，固體可以分為親水性和疏水性，通常我們將與水的接觸角大于150°的表面稱為超疏水表面。1.2滾動角滾動角可作為評價表面浸潤性的另一指標，指的是一定質量的液滴在傾斜面上開始滾動的臨界角度。滾動角越小，固體表面表現(xiàn)出的疏水性越好。因為地球的重力作用，水滴在傾斜的固體表面有下滑的趨勢。隨著固體傾斜角的變大，水滴沿斜面方向的下滑分力也在不斷增大，當傾斜角增大到某一臨界角度時，水滴會從固體表面滑落下來，這時的臨界角就是水在此種固體表面的滾動角。滾動角越小，固體表面的超疏水性能越好。2.柱狀結構陣列碳納米管膜的超疏水材料的研究情況決定固體表面的浸潤性的主要因素中，化學性質是內(nèi)因，而幾何結構形貌也是不可缺少的重要因素。通過改變固體表面的粗糙度可以改變其浸潤性。近年來人們通過物理及化學方法制備出各種各樣的超疏水材料，而柱狀結構陣列碳納米管膜是在仿生(仿荷葉)緊密排列碳納米管膜的基礎上制備的新一代超疏水材料。2.1柱狀結構陣列碳納米管膜的制備方法碳納米管膜參照文獻《ChemCommun》中的方法制備，將處理后的基片〔作者注：基片為柱狀陣列碳納米管膜附著的物質,可以是金屬片(鋁片)或陶瓷片等〕放入石英管中，用酞菁鐵(FeC32N8H16，ACROS)作為碳源和催化劑，在氬氣和氫氣(體積比為1∶1)的流動氣氛中，用高溫管式爐在900℃下裂解15min，即可在基片上得到柱狀陣列碳納米管膜。2.2柱狀結構陣列碳納米管膜的特性碳納米管膜的形貌及結構用掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡表征。用X射線光電子能譜研究碳納米管膜的化學成分。用光學接觸角測量儀在室溫下測量膜的接觸角及滾動角，測量滾動角時，水滴的直徑約為1.7mm。掃描電子顯微鏡觀察到柱狀陣列碳納米管的表面形貌。大面積柱狀陣列碳納米管膜的碳納米管呈束狀堆積，每束碳管的直徑為3~6μm，碳納米管束間的距離為2~35μm。由柱狀陣列碳納米管膜的側面圖可見，碳納米管垂直于底面，碳納米管束的高度為16μm。單個碳納米管束的側面放大圖顯示，碳納米管緊密排列形成束狀，底部疏松，稍寬大，頂部緊密。用透射電子顯微鏡觀察碳納米管的微觀結構發(fā)現(xiàn)，碳納米管為空心多壁管狀結構，碳管的直徑為30~55nm。XPS(X射線光電子能譜)分析證明，陣列碳納米管主要由碳元素組成，碳納米管膜的C1s峰的結合能約284.6eV。表1為緊密排列碳納米管膜(A)及柱狀陣列碳納米管膜(B)的靜態(tài)接觸角及滾動角的測量結果，可見，水在這兩種表面上的靜態(tài)接觸角值都很大，表現(xiàn)為超疏水的性質；而柱狀結構的陣列碳納米管膜的滾動角小于3°，水滴在膜上很容易滾動。3.納米材料在家電行業(yè)的應用前景碳納米管由于其特殊的電學、磁學和力學性質而具有重要的研究價值，在家電行業(yè)也有著廣泛的應用前景。3.1納米超疏水材料在衛(wèi)星天線等戶外設備上的應用在我國冬天，尤其是寒冷的北方地區(qū)經(jīng)常下雪，有時積雪可達一尺多厚，積雪會對我們的生活造成許多不便，比如積雪覆蓋在屋頂?shù)男l(wèi)星接收天線上，收看電視節(jié)目的質量就要受影響，但如果天線表面采用納米材料的話，就不會出現(xiàn)這個問題了。一組對比實驗表明，在同樣的自然條件下，采用納米超疏水材料的天線上面沒有什么積雪，而沒有采用納米超疏水材料的天線上面卻積滿了雪，顯然前者的收看質量比后者要好得多。3.2納米超疏水材料在空調(diào)上的應用我們都知道，空調(diào)在夏天制冷時，室內(nèi)機換熱器上會有的冷凝水，需要專門的排水管排出室外，這樣會消耗一定能量，還容易出現(xiàn)管路漏水現(xiàn)象，造成一定不便。同樣，冬天空調(diào)制熱時，室外溫度過低，容易導致?lián)Q熱器結霜，空調(diào)不得不經(jīng)常停止工作來除霜。這樣不僅浪費電能，還容易出現(xiàn)各種故障。但如果將換熱器的表面用超疏水材料處理過以后，就不會出現(xiàn)這種現(xiàn)象了。空調(diào)的換熱器表面經(jīng)過超疏水材料處理以后，在納米超疏水材料的作用下，冷凝水只能以微小的水滴(100μm左右)形式凝聚在換熱器上面，經(jīng)過空調(diào)室內(nèi)(室外)風機的送風，水滴將以水霧的形式被吹散到大氣中。由此使用這種換熱器的空調(diào)沒有冷凝水的產(chǎn)生，也不會結霜?？梢杂行У谋３挚照{(diào)的高效運行，同時不會將室內(nèi)的水分排到室外，可以保持室內(nèi)的濕度，提高舒適感，更有利于人體的健康。3.3納米超疏水材料在冰箱(冷柜)上的應用冰箱也是必備的家用電器，冰箱(冷柜)內(nèi)膽表面凝聚冷凝水、結霜、結冰現(xiàn)象一直是困擾我們的問題；內(nèi)膽上如果結冰、結霜會降低冰箱導熱率，耗費電能，也不利于冰箱的制冷，影響食物的保存。為此我們要通過定時關機開門以除冰除霜。但如果采用超疏水內(nèi)膽，或者在內(nèi)膽上采用特殊工藝附上一層納米超疏水材料，小水滴就會滑落下來，不會在內(nèi)膽上沉積，也不會出現(xiàn)冰層。由于碳納米管具有特異的力學、光學、電學和磁學性質，使其在鋰離子電池和平板顯示器等方面也呈現(xiàn)出廣泛的應用前景。碳納米管超疏水材料由于具有優(yōu)良的性能，使其在許多方面呈現(xiàn)出廣泛的應用前景。隨著其生產(chǎn)技術和加工工藝的不斷完善，制造成本相應的降低，其在電器及其他行業(yè)上的應用將會越來越廣