一种自凹陷微纳结构二氧化硅空心球的制备方法

本发明涉及超双疏材料合成领域，涉及一种自凹陷微纳结构二氧化硅空心球的制备方法。

背景技术：

1、超双疏指水和有机液体在材料表面的静态接触角大于150°，且滚动角小于10°，这种同时具有超疏水和超疏油性质的材料称之为超双疏材料。超双疏材料有着更高的水静态接触角和更小的滚动角，可排斥复杂环境中表面能更低的液体，如生活污水、油污等，在防污、防腐、自清洁等方面有着超疏水表面难以企及的优势。因此，超双疏材料更适合应用于如建筑物玻璃外墙、汽车玻璃、输油管道减阻、电子器件防水、自清洁穿戴设备、自清洁太阳能电池面板等领域，是一种极具发展潜力的新材料。

2、然而，仅通过改变普通纳米材料表面张力很难达到双疏效果，近年来研究者们在充分理解荷叶表面有无数微米级乳突，每个微米级乳突上又有无数纳米级乳突覆盖的独特结构的基础上，提出了提高表面粗糙度来获得超双疏表面的思路。研究证明，通过在材料表面构造不同的微结构，在材料的表面使微纳材料相互形成凹凸相间的互补微观结构，由于纳米尺寸的凹的表面可使吸附气体存在，所以宏观上相当于有一层稳定的气体薄膜，使油和水无法直接和表面完全接触，从而可获得超双疏性。即要实现超双疏，材料表面的微纳米结构必须具备一定的特殊性，即形成单/双内凹结构。

3、目前，可实现表面微纳结构加工方法主要有自组装、光刻、等离子刻蚀、沉积法等。其中，在材料的微米结构上堆积纳米材料，从而获得微纳结构的自主装方法是最常用的表面加工方法。然而上述方法往往流程复杂，成本高昂、可控性不高、无法大面积制备，且所形成微纳材料之间存在易于脱落等问题，大大限制超双疏材料的工业应用。

技术实现思路

1、针对背景技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供了一种自凹陷微纳结构二氧化硅空心球的制备方法，该制备方法制得的二氧化硅空心球具有微纳混合构造，可以良好的吸附空气在其表面，具有良好的超双疏性能和结构稳定性。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、本发明的第一方面提供了一种自凹陷微纳结构二氧化硅空心球的制备方法，包括以下步骤：

4、s1、制备诱导碳球：

5、s11、将乙腈和氨水依次加入乙醇中，搅拌反应，得到溶液a；

6、s12、向溶液a中加入葡萄糖和edta，搅拌混合，得到溶液b，将溶液b置于密闭反应釜中，进行水热反应，得到诱导碳球；

7、s2、制备二氧化硅空心球：

8、s21、向水和乙醇的混合溶液中加入所得诱导碳球，超声分散均匀，再加入氨水，并继续超声，得到溶液b；

9、s22、配制硅酸四乙酯/乙醇溶液，将溶液b滴加至硅酸四乙酯/乙醇溶液中，搅拌反应；

10、s23、反应结束后，离心分离并烘干后，置于封闭条件下，升温，煅烧，得到自凹陷微纳结构二氧化硅空心球。

11、优选地，步骤s11中，所述乙腈、乙醇和氨水的体积比为35-50：80-170：1-5。

12、优选地，步骤s11中，所述搅拌反应时间为6-12h。

13、优选地，步骤s12中，所述溶液b、葡萄糖、edta的体积比为5-10ml：57-72mg：100-150mg。

14、优选地，步骤s12中，所述水热反应的温度为140-180℃，水热反应时间为8-12h。

15、优选地，步骤s21中，所述诱导碳球、水、乙醇和氨水的质量体积比为3-20mg：20-30ml：和100-120ml：1-3ml。

16、优选地，步骤s22中，所述硅酸四乙酯/乙醇溶液与溶液a的体积比为26-37：20-35。

17、优选地，所述硅酸四乙酯/乙醇溶液中，硅酸四乙酯与乙醇的质量份比为8：18-29。

18、优选地，步骤s22中，所述滴加速度为1-2ml/h。

19、优选地，步骤s22中，所述搅拌反应时间为10-18h。

20、优选地，步骤s23中，所述升温速率为5-8℃/min，所述煅烧温度为400-600℃，所述煅烧时间为2-6h。

21、本发明的第二方面在于提供了上述制备方法得到的一种自凹陷微纳结构的二氧化硅空心球。

22、本发明具备如下有益效果：

23、(1)本发明在硬模板的选择上，创造性的合成了特殊结构诱导碳球作为硬模板，在碳球的表面进行二氧化硅层的包裹，最后通过煅烧去除碳球后获得了具有自凹陷、话梅干形貌结构的二氧化硅空心球。该结构的二氧化硅空心球，是依靠自身的凹陷使得在其表面形成了微纳混合构造，因此具有优良的结构稳定性。此外，这样的微纳混合构造增大了球表面的粗糙度，可以良好的吸附空气在其表面，从而可获得良好的超双疏性能。

24、(2)本发明制备方法工艺简单、可控性强，易于实现大批量工业化生产与应用，具有较好实际应用前景。

技术特征：

1.一种自凹陷微纳结构二氧化硅空心球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的自凹陷微纳结构二氧化硅空心球的制备方法，其特征在于，步骤s11中，所述乙腈、乙醇和氨水的体积比为35-50：80-170：1-5。

3.根据权利要求1所述的自凹陷微纳结构二氧化硅空心球的制备方法，其特征在于，步骤s11中，所述搅拌反应时间为6-12h。

4.根据权利要求1所述的自凹陷微纳结构二氧化硅空心球的制备方法，其特征在于，步骤s21中，所述诱导碳球、水、乙醇和氨水的质量体积比为3-20mg：20-30ml：100-120ml：1-3ml。

5.根据权利要求1所述的自凹陷微纳结构二氧化硅空心球的制备方法，其特征在于，步骤s22中，所述硅酸四乙酯/乙醇溶液与溶液a的体积比为26-37：20-35。

6.根据权利要求1所述的自凹陷微纳结构二氧化硅空心球的制备方法，其特征在于，所述硅酸四乙酯/乙醇溶液中，硅酸四乙酯与乙醇的质量份比为8：18-29。

7.根据权利要求1所述的自凹陷微纳结构二氧化硅空心球的制备方法，其特征在于，步骤s22中，所述滴加速度为1-2ml/h；所述搅拌反应时间为10-18h。

8.根据权利要求1所述的自凹陷微纳结构二氧化硅空心球的制备方法，其特征在于，步骤s23中，所述升温速率为5-8℃/min，所述煅烧温度为400-600℃，所述煅烧时间为2-6h。

9.一种如权利要求1-8任一项所述制备方法制得的自凹陷微纳结构二氧化硅空心球。

技术总结
本发明公开了一种自凹陷微纳结构二氧化硅空心球的制备方法，步骤：S1、将乙腈和氨水依次加入乙醇中，搅拌反应，加入葡萄糖和EDTA，搅拌混合，进行水热反应，得到诱导碳球；S2、向水和乙醇混合溶液中加入诱导碳球和氨水，超声，滴加至硅酸四乙酯/乙醇溶液中，搅拌反应；S3、升温，煅烧，得到二氧化硅空心球。本发明以特殊结构的诱导碳球为硬模板，在碳球表面包裹二氧化硅层，再经煅烧去除碳球后获得自凹陷微纳结构二氧化硅空心球。该结构的二氧化硅空心球不仅具有优良的结构稳定性，而且可以良好的吸附空气在其表面，从而获得良好的超双疏性能。本发明制备方法工艺简单、可控性强，易于实现大批量工业化生产，具有较好实际应用前景。

技术研发人员：王晟,刘焱,王騊
受保护的技术使用者：浙江理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19