[发明专利]一种二氧化铈纳米棒及其制备方法和应用

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，尤其涉及一种二氧化铈纳米棒及其制备方法和应用。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明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℃。