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  碳纳米管超疏水材料在家电行业中的应用前景

近几年,柱状结构阵列碳纳米管膜的超疏水材料的研究有了很大的进展,纳米超疏水材料以其优越的性能,超强的疏水能力,在家电行业中有着越来越广泛的应用前景。1.固体表面浸润性及主要指标浸润性指当液体和固体表面接触时,液体可以渐渐渗入或附着在固体表面的特性。浸润性是固体表面的重要性质之一,此文主要介绍液体水在固体表面的浸润性。接触角和滚动角是评价固体表面浸润性的重要指标。1.1接触角所谓接触角,就是液滴在固体表面形成热力学平衡时所持有的角。通过液体-固体-气体接合点中水珠曲线的终点和固体表

面的接触点测定出来。根据水在固体表面的浸润程度,固体可以分为亲水性和疏水性,通常我们将与水的接触角大于150°的表面称为超疏水表面。1.2滚动角滚动角可作为评价表面浸润性的另一指标,指的是一定质量的液滴在倾斜面上开始滚动的临界角度。滚动角越小,固体表面表现出的疏水性越好。因为地球的重力作用,水滴在倾斜的固体表面有下滑的趋势。随着固体倾斜角的变大,水滴沿斜面方向的下滑分力也在不断增大,当倾斜角增大到某一临界角度时,水滴会从固体表面滑落下来,这时的临界角就是水在此种固体表面的滚动角。滚动角越小,固体表面的超疏水性能越好。2.柱状结构阵列碳纳米管膜的超疏水材料的研究情况决定固体表面的浸润性的主要因素中,化学性质是内因,而几何结构形貌也是不可缺少的重要因素。通过改变固体表面的粗糙度可以改变其浸润性。近年来人们通过物理及化学方法制备出各种各样的超疏水材料,而柱状结构阵列碳纳米管膜是在仿生(仿荷叶)紧密排列碳纳米管膜的基础上制备的新一代超疏水材料。2.1柱状结构阵列碳纳米管膜的制备方法碳纳米管膜参照文献《ChemCommun》中的方法制备,将处理后的基片〔作者注:基片为柱状阵列碳纳米管膜附着的物质,可以是金属片(铝片)或陶瓷片等〕放入石英管中,用酞菁铁(FeC32N8H16,ACROS)作为碳源和催化剂,在氩气和氢气(体积比为1∶1)的流动气氛中,用高温管式炉在900℃下裂解15min,即可在基片上得到柱状阵列碳纳米管膜。2.2柱状结构阵列碳纳米管膜的特性碳纳米管膜的形貌及结构用扫描电子显微镜和透射电子显微镜表征。用X射线光电子能谱研究碳纳米管膜的化学成分。用光学接触角测量仪在室温下测量膜的接触角及滚动角,测量滚动角时,水滴的直径约为1.7mm。扫描电子显微镜观察到柱状阵列碳纳米管的表面形貌。大面积柱状阵列碳纳米管膜的碳纳米管呈束状堆积,每束碳管的直径为3~6μm,碳纳米管束间的距离为2~35μm。由柱状阵列碳纳米管膜的侧面图可见,碳纳米管垂直于底面,碳纳米管束的高度为16μm。单个碳纳米管束的侧面放大图显示,碳纳米管紧密排列形成束状,底部疏松,稍宽大,顶部紧密。用透射电子显微镜观察碳纳米管的微观结构发现,碳纳米管为空心多壁管状结构,碳管的直径为30~55nm。XPS(X射线光电子能谱)分析证明,阵列碳纳米管主要由碳元素组成,碳纳米管膜的C1s峰的结合能约284.6eV。表1为紧密排列碳纳米管膜(A)及柱状阵列碳纳米管膜(B)的静态接触角及滚动角的测量结果,可见,水在这两种表面上的静态接触角值都很大,表现为超疏水的性质;而柱状结构的阵列碳纳米管膜的滚动角小于3°,水滴在膜上很容易滚动。3.纳米材料在家电行业的应用前景碳纳米管由于其特殊的电学、磁学和力学性质而具有重要的研究价值,在家电行业也有着广泛的应用前景。3.1纳米超疏水材料在卫星天线等户外设备上的应用在我国冬天,尤其是寒冷的北方地区经常下雪,有时积雪可达一尺多厚,积雪会对我们的生活造成许多不便,比如积雪覆盖在屋顶的卫星接收天线上,收看电视节目的质量就要受影响,但如果天线表面采用纳米材料的话,就不会出现这个问题了。一组对比实验表明,在同样的自然条件下,采用纳米超疏水材料的天线上面没有什么积雪,而没有采用纳米超疏水材料的天线上面却积满了雪,显然前者的收看质量比后者要好得多。3.2纳米超疏水材料在空调上的应用我们都知道,空调在夏天制冷时,室内机换热器上会有大量的冷凝水,需要专门的排水管排出室外,这样会消耗一定能量,还容易出现管路漏水现象,造成一定不便。同样,冬天空调制热时,室外温度过低,容易导致换热器结霜,空调不得不经常停止工作来除霜。这样不仅浪费电能,还容易出现各种故障。但如果将换热器的表面用超疏水材料处理过以后,就不会出现这种现象了。空调的换热器表面经过超疏水材料处理以后,在纳米超疏水材料的作用下,冷凝水只能以微小的水滴(100μm左右)形式凝聚在换热器上面,经过空调室内(室外)风机的送风,水滴将以水雾的形式被吹散到大气中。由此使用这种换热器的空调没有冷凝水的产生,也不会结霜。可以有效的保持空调的高效运行,同时不会将室内的水分排到室外,可以保持室内的湿度,提高舒适感,更有利于人体的健康。3.3纳米超疏水材料在冰箱(冷柜)上的应用冰箱也是必备的家用电器,冰箱(冷柜)内胆表面凝聚冷凝水、结霜、结冰现象一直是困扰我们的问题;内胆上如果结冰、结霜会降低冰箱导热率,耗费电能,也不利于冰箱的制冷,影响食物的保存。为此我们要通过定时关机开门以除冰除霜。但如果采用超疏水内胆,或者在内胆上采用特殊工艺附上一层纳米超疏水材料,小水滴就会滑落下来,不会在内胆上沉积,也不会出现冰层。由于碳纳米管具有特异的力学、光学、电学和磁学性质,使其在锂离子电池和平板显示器等方面也呈现出广泛的应用前景。碳纳米管超疏水材料由于具有优良的性能,使其在许多方面呈现出广泛的应用前景。随着其生产技术和加工工艺的不断进步完善,制造成本相应的降低,其在电器及其他行业上的应用将会越来越广

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