[发明专利]具有石墨相氮化碳的透明超亲材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种具有石墨相氮化碳的透明超亲材料及其制备方法与应用，所述具有石墨相氮化碳的透明超亲材料由透明基材及蒸镀到透明基材上的石墨相氮化碳薄膜构成，所述石墨相氮化碳由碳氮化合物前驱体煅烧而成；制备方法是首先以富碳氮化合物为原料经煅烧制备出石墨相氮化碳，进一步通过一步气相沉积法，将石墨相氮化碳蒸镀到基材上，得到具有超亲性能的透明材料。本发明所述超亲透明材料既具有超亲水性、又具有超亲油性，同时具有很好的透过率，不影响可见度，且具有良好的热稳定性和耐酸碱腐蚀性，可以用于制备自洁材料、水下疏油材料、防雾材料和抑菌材料等。

技术领域

本发明属于超亲材料技术领域，涉及具有石墨相氮化碳的透明超亲材料及其制备方法与所述透明超亲材料的应用。

背景技术

目前玻璃墙和镜子已经成为建筑物和装饰物的常用透明材料，但是由于天气和环境的原因，灰尘、雾霾的附着，以及水汽凝结、雾气等也会影响到玻璃墙的能见度和透明度。为了解决这一问题，研究者们提出了一种具有良好润湿性的超亲水涂层，其对水滴的作用力大于水滴的表面张力，使得水滴均匀铺展，在达到防雾效果的同时，还可在风力或重力等外力作用下，使污染物自清洁。

Jiang等人以偏钒酸铵、钛酸丁酯、TEOS、乙酰丙酮等为主要原料，采用提拉方法制备出的复合薄膜，在太阳光照射下展现出良好的超亲水性能。然而，类似于上述复合薄膜的很多制备方法仍依赖于有毒的试剂，并且步骤繁琐、重复性差；且所制备得到的材料不仅耐化学腐蚀性、耐温性等方面性能较差，而且表现出较差的稳定性，在一定酸碱腐蚀和外力作用下其超亲水性就会丧失。

氮化碳有温和的带隙2.7～2.8eV，有一个450～460nm左右的可见光吸收带；且石墨相氮化碳性质很稳定，不溶于酸、碱或有机溶剂，使其在环境条件下成为一种坚固的材料，具有较好的化学与热力学稳定性，同时价格低廉，制备简单。目前，石墨相氮化碳主要用于光催化、储氢材料以及电容材料等方面，还没有以氮化碳为原料制备超亲透明材料的相关报道。

发明内容

本发明的目的旨在针对现有技术的不足，提供一种具有石墨相氮化碳的透明超亲材料及其制备方法，所述具有石墨相氮化碳的透明超亲材料具有优异的超亲性，良好耐温性和耐酸碱腐蚀性，所述制备方法不仅工艺简单而且环保。

本发明的另一目的旨在提供上述透明超亲材料的用途。

本发明所述具有石墨相氮化碳的透明超亲材料，由透明基材及蒸镀到透明基材上的石墨相氮化碳薄膜构成，所述石墨相氮化碳由碳氮化合物前驱体煅烧而成。

石墨相氮化碳具有较高的吸附能，所形成的薄膜对超亲液(如水相溶液、有机相溶液等)具有强大的吸引力，进一步形成超亲的界面，不仅具有良好的超亲水性，而且具有良好的超亲油性，是一种双超亲材料。此外，又由于石墨相氮化碳本身的优良性质，使得具有石墨相氮化碳的透明超亲材料还具有优异的耐温性和耐酸碱腐蚀性，从而使该种透明超亲材料的性能得到提升。

本发明所提供的具有石墨相氮化碳的透明超亲材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将碳氮化合物前驱体于450～600℃下煅烧1～4h，制得石墨相氮化碳；

(2)将用溶剂润洗后的基材置于石墨相氮化碳上方，然后于450～550℃下蒸镀1～4h。

上述具有石墨相氮化碳的透明超亲材料的制备方法，步骤(1)的目的是获得石墨相氮化碳。所使用的碳氮化合物前驱体为尿素、硫脲或三聚氰胺等富碳氮化合物。在煅烧前，将碳氮化合物前驱体以不高于10℃/min的升温速率升温至450～600℃，这样可以使得产品聚合程度更好，得到的物质更纯。本发明中，对碳氮化合物前驱体煅烧前的升温速率为5～10℃/min。

上述具有石墨相氮化碳的透明超亲材料的制备方法，步骤(2)的目的是通过蒸镀的方法，在透明基材表面蒸镀一层石墨相氮化碳薄膜。为了使获得的石墨相氮化碳薄膜具有超亲性，需要对基材进行润洗并严格控制蒸镀条件。