[发明专利]超疏水-抗腐蚀类金刚石复合薄膜材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种超疏水‑抗腐蚀类金刚石复合薄膜材料的制备方法，超疏水‑抗腐蚀类金刚石复合薄膜材料中镶嵌有金属镍纳米颗粒和多壁碳纳米管，具有典型的纳米晶/非晶结构。超疏水‑抗腐蚀类金刚石复合薄膜材料的制备方法为在大气压、室温、高压条件下电解有机溶剂，使得电解液中的离子向阴极移动均匀的沉积在硅基底上。本发明的制备方法具有设备简单、反应温度低、能耗小、容易掺杂、对环境无污染，且可以大面积全方位沉积的优点。

技术领域

本发明属于表面工程技术领域，涉及一种超疏水-抗腐蚀类金刚石复合薄膜材料的制备方法。

背景技术

海洋环境具有强腐蚀性，各种海洋设施以及船舶和装备等在海洋环境下腐蚀严重，所以严酷的环境问题是海洋开发必须面对的。研究表明，防止海洋腐蚀的措施除正确设计金属构件、合理选材外，通常有以下几种：(1)表面技术，如防腐蚀薄膜、涂层与涂料等。(2)对重点部件采用耐腐蚀材料包套；(3)设计构件时要考虑到足够的腐蚀裕量；(4)采用牺牲阳极的电化学腐蚀原理技术。因此，利用表面技术构筑功能薄膜可作为海洋构件获得抗腐、防护的关键举措之一。特殊润湿性材料，特别是超疏水材料基于其功能性在海洋资源的开发和利用中有着巨大的潜力。超疏水材料表面具有优异的自清洁、阻隔性、低粘附的特性，对减阻、防腐蚀、防生物污损等方面具有重要意义。润湿是固体表面的一个基本特性，也是自然界以及工业生产、生活中最常见的现象。润湿从宏观来讲是一种流体从固体表面置换另一种流体的过程，从微观来讲，润湿固体的流体在置换原来在固体表面的流体后，本身与固体表面是在分子水平上的接触，它们之间无被置换的分子。特殊润湿性是润湿性的极端情况，它的研究也是基于人们对自然界研究与学习的开始。固体表面水滴接触角大于150°的表面被定义为超疏水表面。由于超疏水表面优异的据水性被广泛应用于防冰、油水分离、自清洁、减阻、防腐蚀、防雾等领域。自1907年Ollivier报道通过在基体表面制备超疏水表面烟灰涂层以来，逐渐发展了多种制备超疏水表面的方法，如：印刷法、模板法、阳极氧化法、刻蚀法、化学气相沉积法等。这些方法制备的微结构涂层或者对基材表面的修饰，虽然具有超疏水性能，但是这些材料的持久性及表面力学性能均欠佳，另外超疏水涂层的制备方法复杂，限制了超疏水涂层的实际应用。

类金刚石薄膜(Diamond-like carbon film，DLC film)一种由sp²和sp³杂化所形成的无定形非晶体碳，其作为新型的低维功能薄膜，由于其优异的物理和化学性能：高硬度、化学惰性、抗磨减摩等，可以有效地弥补上述不足。近年来，DLC薄膜在切削刀具、自动化机械零部件等作为硬质润滑涂层，已实现部分工业化应用。然而，DLC薄膜内应力过大，致使膜基结合强度降低甚至涂层脱落，严重制约了DLC薄膜的实用化进程。将功能性纳米金属颗粒(镍、钴)分散到非晶碳基质中，不仅缓解薄膜的内应力，而且有效稳定金属纳米颗粒的尺寸，有效防止团聚及被氧化，有利于充分发挥金属纳米颗粒的特性；另一方面，金属纳米颗粒的添加，通过调控DLC薄膜内部结构，在保持DLC薄膜本征特性外，赋予DLC薄膜新的电子学、磁学等方面的功能，且可以在类金刚石薄膜表面构筑层状的微纳米颗粒，满足超疏水表面的粗糙度。