大面积超疏水性纳米结构碳膜的制备与表征.pdf

Vol. 28 高等学校化学学报 No. 3 2 0 0 7 年3 月 CHEMICAL JOURNAL OF CHINESE UNIVERSITIES 568 ~ 570 ［研究简报］ 大面积超疏水性纳米结构碳膜的制备与表征 1，2 3 3 1 张亚南 ，夏 帆 ，王 女 ，冯 琳 （1. 清华大学化学系，北京 100084；2. 吉林大学化学学院，长春130021；3. 中国科学院化学研究所，北京100080） 关键词 超疏水；纳米结构；碳膜；X 射线光电子能谱 中图分类号 O648 文献标识码 A 文章编号 0251-0790 （2007 ） 03-0568-03 ［1，2 ］ 浸润性是固体表面的重要特征，它是由表面的化学组成和微观几何结构共同决定的 . 近年来， 超疏水性表面引起了人们的广泛关注. 超疏水性表面一般是指与水的接触角大于150 的表面，它在工 农业生产和人们的日常生活中均具有极其广阔的应用前景［3 ］，例如，它可以用作防雪、防污染、抗氧 化以及防止电流传导等. 对自然界中典型的超疏水性荷叶表面的研究发现，在低表面能的固体表面构 ［4 ~ 7 ］ 建具有特殊几何形状的粗糙结构对超疏水性起重要的作用 . 以此为研究基础，科研人员仿生制备 了阵列碳纳米管膜［8 ~ 13 ］ ［14，15］ 、聚合物纳米纤维 等多种超疏水性表面. ［16］ 最近，我们利用模板法制备了在全pH 值范围内超疏水性的碳纳米纤维 ，扩大了超疏水表面的 应用范围. 但是，由于受到模板的限制，这种碳纳米纤维不能进行工业生产，因此使其在实际应用中 有很大的局限性. 本文利用一种简单的热解方法，制备了具有纳米结构的大面积碳膜，膜表面经过低 表面能物质氟硅烷修饰后具有超疏水性. 1 实验部分 1. 1 试剂与仪器 聚丙烯腈（PAN ），平均分子量 = 120000 ；! ，!-二甲基甲酰胺（DMF ），分析纯. ! 扫描电子显微镜（SEM ，日本JEOL 公司JSM-6700F ，加速电压为3. 0 kV ）；接触角测量仪（德国 Dataphysics 公司OCA20 ）；X 射线光电子能谱（XPS ，德国VG ESCALAB MKII ）. 1. 2 实验过程 将10. 976 g PAN 溶解在50 mL DMF 中，并于70 C 下搅拌均匀，制得质量分数为 18% 的PAN 溶液. 将此溶液倾倒在干净的石英片上，待溶剂自然挥发后形成均匀的PAN 膜. 将聚丙烯 腈膜在空气中于220 C 烧结1 h 进行预氧化，然后将预氧化膜在氮气中于900 C 烧结1 h，待冷却到室 温后停止通氮气，得到纳米结构碳膜. 膜表面的形貌及结构利用SEM 进行表征. 利用接触角测量仪