竹材表面ZnO超疏水涂层的制备及表征

基于"荷叶效应"仿生原理,首先采用传统一步法和晶核辅助生长法合成ZnO纳米颗粒,再通过层层自组装法分别在竹材表面构建2种不同的微纳结构,并用低表面能物质十七氟癸基三甲氧基硅烷进行修饰,获得超疏水层,最后对其性能进行表征。扫描电子显微镜和原子力显微镜观察显示,传统一步法制备的ZnO纳米颗粒呈球形结构,粒径为200～400 nm,在竹材表面相对分散,粗糙度为18.6;而晶核辅助生长法制备的ZnO纳米颗粒呈纺锤形,粒径为100～300 nm,且具有明显的分层结构,粗糙度为28.9。水静态接触角测试结果显示,随着自组装次数增加,接触角先增加后减少,当自组装次数达到20次时,传统一步法和晶核辅助生长法制备的ZnO纳米颗粒构建的微纳层的水静态接触角达到最大值,分别为142.4°和152.4°,后者达到了超疏水的要求。酸碱试剂浸渍评价纳米颗粒的耐久性结果表明,2种方法制备的ZnO纳米颗粒在强酸强碱溶液中浸泡后,接触角均无明显变化,传统一步法制备的竹材接触角在pH 2的盐酸和pH 12的氢氧化钠溶液中分别浸渍12 h后,接触角仍保持在141.1°和141.7°;晶核辅助生长法制备的竹材在pH 2的盐酸和pH 12的氢氧化钠溶液中分别浸渍12 h后,接触角仍保持在150.2°和150.8°。耐磨性测试结果表明,2种方法制备的疏水竹材具有较好的耐磨性,在30cm的线性摩擦试验后,传统一步法制备的竹材接触角仍在142°左右,晶核辅助生长法制备的竹材接触角在150°左右。X射线衍射测试结果显示,2种方法制备的疏水涂层均具有明显的ZnO晶体的衍射特征峰。2种竹材样品在XRD曲线上均出现了32.45°,34.76°,36.82°和47.65°等一系列新衍射峰,而且这些衍射峰与标准的纤锌矿ZnO的XRD卡片(JCPDS,36-1451)一致。