本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種長(zhǎng)效減阻涂層及其制備方法。

背景技術(shù)：

提高燃料的利用效率，降低能源消耗是世界各國(guó)所面臨的問(wèn)題。減阻技術(shù)則從減小運(yùn)動(dòng)體阻力的方面出發(fā)提高單位能量的效率。以海洋工業(yè)為例，水中航行體的運(yùn)行速度和能量消耗率是評(píng)價(jià)其性能的重要指標(biāo)，其中運(yùn)行速度決定著航行體的性能，而能量消耗率決定著航行體的續(xù)航能力和運(yùn)行成本。航體的能量消耗率除與發(fā)動(dòng)機(jī)效率有關(guān)外，航體在海水中行駛阻力也是主要影響因素。因此，如何降低航體的運(yùn)行阻力，提高航體的運(yùn)動(dòng)速度，延長(zhǎng)單位能量消耗下的航程，是提高涉海裝備性能的關(guān)鍵。

對(duì)于海洋中運(yùn)動(dòng)體，海豚、鯊魚(yú)等魚(yú)類游泳速度可達(dá)70km/h，這大大超出生物力學(xué)所計(jì)算的最高速度。研究發(fā)現(xiàn)，魚(yú)類的流線型外表、規(guī)則分布的鱗片及體表粘液層均起到降低運(yùn)動(dòng)阻力的作用。因此，向自然學(xué)習(xí)，成為眾多研究人員開(kāi)展減阻工作的出發(fā)點(diǎn)。

CN102492942A公開(kāi)了一種減阻超疏水涂層及其制備方法，其采用仿荷葉結(jié)構(gòu)構(gòu)造了超疏水涂層，從而降低了運(yùn)動(dòng)體的阻力。但在高速及高水深條件下，超疏水的固-氣-水界面轉(zhuǎn)變?yōu)楣?水界面從而產(chǎn)生增阻作用。

CN103754819A公開(kāi)了一種柔性MEMS減阻蒙皮的制備方法，其通過(guò)制備微凹坑陣列蒙皮，實(shí)現(xiàn)了減阻，但存在高成本、制備面積受限等問(wèn)題。

有鑒于此，開(kāi)發(fā)新型減阻涂層是解決上述減阻技術(shù)問(wèn)題的關(guān)鍵。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種長(zhǎng)效減阻涂層及其制備方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)了一種長(zhǎng)效減阻涂層，包括氧化鋅薄膜層以及粘附于所述氧化鋅薄膜層表面的長(zhǎng)鏈烷烴層。

優(yōu)選的，在上述的長(zhǎng)效減阻涂層中，所述的長(zhǎng)鏈烷烴層由含碳數(shù)在18個(gè)以上的長(zhǎng)碳 鏈烷烴組成。

優(yōu)選的，在上述的長(zhǎng)效減阻涂層中，所述的長(zhǎng)碳鏈烷烴的熔化溫度大于25℃。

優(yōu)選的，在上述的長(zhǎng)效減阻涂層中，所述的長(zhǎng)碳鏈烷烴在室溫下為固態(tài)。

優(yōu)選的，在上述的長(zhǎng)效減阻涂層中，所述氧化鋅薄膜層和長(zhǎng)鏈烷烴層之間形成有親油疏水層。

優(yōu)選的，在上述的長(zhǎng)效減阻涂層中，所述的親油疏水層為有機(jī)硅材料。

相應(yīng)的，本發(fā)明實(shí)施例還公開(kāi)了一種長(zhǎng)效減阻涂層的制備方法，包括：

將納米氧化鋅薄膜浸入到含有機(jī)硅烷的處理液中進(jìn)行改性，在納米氧化鋅薄膜表面獲得具有親油疏水特性的涂層；

將改性后的納米氧化鋅薄膜浸入熔化的長(zhǎng)鏈烷烴液中，進(jìn)行自組裝處理，得到長(zhǎng)效減阻涂層。

優(yōu)選的，所述納米氧化鋅薄膜的制備方法包括：以硝酸鋅、氯化銨、尿素、氨水為原料配制溶液，將基體浸入60℃～100℃溶液中，反應(yīng)1h～5h，獲得氧化鋅薄膜。

優(yōu)選的，所述含有機(jī)硅烷的處理液制備方法包括：將PDMS(聚二甲基硅氧烷)與固化劑以質(zhì)量比10:(1～2)稱取，溶解于10倍以上體積的乙酸乙酯中，混合均勻。

優(yōu)選的，所述自組裝處理的溫度為20℃～50℃，反應(yīng)時(shí)間為5s～50s。

本發(fā)明實(shí)施例還公開(kāi)了所述長(zhǎng)效減阻涂層于航體上的應(yīng)用。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)包括：

(1)本發(fā)明涂層具有優(yōu)異的減阻性能，最大減阻效果可達(dá)50％，滿足高速高水壓航體的減阻要求；

(2)本發(fā)明采用有機(jī)硅烷改性氧化鋅薄膜，克服了氧化鋅薄膜層與長(zhǎng)鏈烷烴層粘附性差，容易被沖刷，重復(fù)性不好缺點(diǎn)；

(3)長(zhǎng)鏈烷烴在室溫下為固態(tài)，在其熔點(diǎn)以上呈現(xiàn)液態(tài)，因此，本發(fā)明減阻涂層在不同的溫度條件下呈現(xiàn)不同的減阻效果，滿足不同的工況需求；

(4)本發(fā)明的減阻涂層于水的接觸面呈固-油-水界面，而不是超疏水涂層的固-氣-水界面，解決了超疏水減阻的不穩(wěn)定性的問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技 術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明中記載的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1a-圖1b所示為本發(fā)明實(shí)施例1中聚二甲基硅氧烷改性氧化鋅薄膜的微觀結(jié)構(gòu)的SEM圖及三維形貌圖；

圖2所示為本發(fā)明實(shí)施例1中聚二甲基硅氧烷改性氧化鋅薄膜的親油性能表征結(jié)果；

圖3a為本發(fā)明實(shí)施例1中減阻涂層不同速度下的減阻率測(cè)試圖譜；

圖3b為本發(fā)明實(shí)施例1中減阻涂層在水中浸泡不同時(shí)間的減阻率測(cè)試圖譜。

具體實(shí)施方式

鑒于現(xiàn)有技術(shù)的諸多缺陷，本案發(fā)明人經(jīng)長(zhǎng)期研究和大量實(shí)踐，得以提出本發(fā)明的技術(shù)方案，其如前文所述，本發(fā)明人將結(jié)合下文內(nèi)容對(duì)其進(jìn)行更為具體的解釋說(shuō)明。

本發(fā)明的一個(gè)方面公開(kāi)了一種長(zhǎng)效減阻涂層，其包括氧化鋅薄膜層、以及粘附于所述氧化鋅薄膜層表面的長(zhǎng)鏈烷烴層。

本發(fā)明的另一個(gè)方面還公開(kāi)了一種長(zhǎng)效減阻涂層的制備方法，包括：

(1)將納米氧化鋅薄膜浸入到含有機(jī)硅烷的處理液中進(jìn)行改性，在納米氧化鋅薄膜表面獲得具有親油疏水特性的涂層；

(2)將改性后的納米氧化鋅薄膜浸入熔化的長(zhǎng)鏈烷烴液中，進(jìn)行自組裝處理，得到長(zhǎng)效減阻涂層。

具體地，本案選擇金屬絲網(wǎng)為基體，首先利用化學(xué)氣相沉積技術(shù)在金屬絲網(wǎng)上制備雙親性(親油/親水)氧化鋅薄膜，然后利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)對(duì)氧化鋅薄膜進(jìn)行修飾改性，使其具備親油疏水的單親特性，最后對(duì)PDMS改性氧化鋅進(jìn)行浸油(如正十八烷等室溫為固態(tài)的長(zhǎng)鏈烷烴及其混合物油)處理，從而獲得一種阻力溫度可控特性長(zhǎng)效減阻涂層。本案的減阻涂層可通過(guò)溫度調(diào)控而改變減阻效果，并有效克服超疏水減阻技術(shù)在高速、高壓條件下失效問(wèn)題，其實(shí)現(xiàn)方式是通過(guò)將固-氣-水界面轉(zhuǎn)變?yōu)楣?油-水界面，從而在高速高水壓航體上起到減阻作用。此外，該方法構(gòu)筑的減阻涂層在水中長(zhǎng)期浸泡后仍具有減阻作用，明顯優(yōu)于超疏水減阻材料。因此，本發(fā)明通過(guò)多種方法復(fù)合構(gòu)筑了具備親油疏水單親特性涂層，而后利用浸油處理獲得了溫度可控減阻涂層，從而實(shí)現(xiàn)了有效減阻。

本發(fā)明通過(guò)下列實(shí)施例作進(jìn)一步說(shuō)明：根據(jù)下述實(shí)施例，可以更好地理解本發(fā)明。然 而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，實(shí)施例所描述的具體的物料比、工藝條件及其結(jié)果僅用于說(shuō)明本發(fā)明，而不應(yīng)當(dāng)也不會(huì)限制權(quán)利要求書(shū)中所詳細(xì)描述的本發(fā)明。

實(shí)施例1：該阻力溫度可控特性的減阻涂層由聚二甲基硅氧烷改性氧化鋅薄膜基體、表面浸涂正十八烷等室溫為固態(tài)的長(zhǎng)鏈烷烴及其混合物油脂所組成。

該具有阻力溫度可控特性的減阻涂層的制備工藝按照以下步驟進(jìn)行：

(1)水熱法制備氧化鋅薄膜，氧化鋅薄膜的制備方法為(以100ml溶液計(jì))：稱取2.949g硝酸鋅溶于95ml去離子水，依次加入0.10698g氯化銨、0.6004g尿素、5ml氨水，而后放入金屬絲網(wǎng)，控制反應(yīng)溫度為90℃，反應(yīng)時(shí)間3h，獲得一定粒徑及厚度的氧化鋅薄膜；

(2)聚二甲基硅氧烷修飾氧化鋅薄膜，所述的聚二甲基硅氧烷改性處理工藝為：以質(zhì)量比10:1稱取PDMS及固化劑，以質(zhì)量比1:10加入乙酸乙酯溶液混合均勻，隨后將氧化鋅薄膜浸入溶液10s后取出烘干，重復(fù)10次，獲得具有親油疏水特性的涂層。

(3)浸油處理，所述的浸油處理工藝為(以正十八烷n-octadecane為例)：選擇聚二甲基硅氧烷改性氧化鋅薄膜為基體，以溫度50℃將正十八烷熔化，隨后將聚二甲基硅氧烷改性氧化鋅薄膜樣品浸入溶液中，約1min后取出，即得到氮化硅基封孔涂層。

圖1a-圖1b所示為實(shí)施例1中聚二甲基硅氧烷改性氧化鋅薄膜的微觀結(jié)構(gòu)。從圖1a-圖1b中可以看出，微米尺度的氧化鋅團(tuán)簇由針狀納米線組成，宏觀形貌呈規(guī)則凸起結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)改性后則實(shí)現(xiàn)了超疏水。

圖2所示為實(shí)施例1中聚二甲基硅氧烷改性氧化鋅薄膜的親油性能表征結(jié)果。從圖2中可以看出，相比金屬絲網(wǎng)及氧化鋅薄膜，經(jīng)過(guò)改性處理的氧化鋅薄膜與油脂之間存在高吸附力，從而實(shí)現(xiàn)了高效的親油疏水。

圖3a和圖3b所示為實(shí)施例1中減阻涂層的減阻性能表征結(jié)果。從圖3a中可以看出，所制備材料的減阻率達(dá)到30％，實(shí)現(xiàn)了高性能的減阻；從圖3b中可以看出，所制備材料具有耐久性，即使經(jīng)過(guò)浸泡后仍具有高的減阻效果。

實(shí)施例2：該阻力溫度可控特性的減阻涂層由聚二甲基硅氧烷改性氧化鋅薄膜基體、表面浸涂正十八烷等室溫為固態(tài)的長(zhǎng)鏈烷烴及其混合物油脂所組成。

該具有阻力溫度可控特性的減阻涂層的制備工藝按照以下步驟進(jìn)行：

(1)水熱法制備氧化鋅薄膜，氧化鋅薄膜的制備方法為(以100ml溶液計(jì))：稱取2.949g硝酸鋅溶于95ml去離子水，依次加入0.10698g氯化銨、0.6004g尿素、5ml氨水，而后放入金屬絲網(wǎng)，控制反應(yīng)溫度為80℃，反應(yīng)時(shí)間1h，獲得一定粒徑及厚度的氧化鋅薄膜；

(2)聚二甲基硅氧烷修飾氧化鋅薄膜，所述的聚二甲基硅氧烷改性處理工藝為：以質(zhì)量比10:1稱取PDMS及固化劑，以質(zhì)量比1:10加入乙酸乙酯溶液混合均勻，隨后將氧化鋅薄膜浸入溶液10s后取出烘干，重復(fù)5次，獲得具有親油疏水特性的涂層。

(3)浸油處理，所述的浸油處理工藝為(以正十八烷為例)：選擇聚二甲基硅氧烷改性氧化鋅薄膜為基體，以溫度50℃將正十八烷熔化，隨后將聚二甲基硅氧烷改性氧化鋅薄膜樣品浸入溶液中，約1min后取出，即得到氮化硅基封孔涂層。

實(shí)施例3：該阻力溫度可控特性的減阻涂層由聚二甲基硅氧烷改性氧化鋅薄膜基體、表面浸涂正十八烷等室溫為固態(tài)的長(zhǎng)鏈烷烴及其混合物油脂所組成。

該具有阻力溫度可控特性的減阻涂層的制備工藝按照以下步驟進(jìn)行：

(1)水熱法制備氧化鋅薄膜，氧化鋅薄膜的制備方法為(以100ml溶液計(jì))：稱取2.949g硝酸鋅溶于95ml去離子水，依次加入0.10698g氯化銨、0.6004g尿素、5ml氨水，而后放入金屬絲網(wǎng)，控制反應(yīng)溫度為90℃，反應(yīng)時(shí)間3h，獲得一定粒徑及厚度的氧化鋅薄膜；

(2)聚二甲基硅氧烷修飾氧化鋅薄膜，所述的聚二甲基硅氧烷改性處理工藝為：以質(zhì)量比10:1稱取PDMS及固化劑，以質(zhì)量比1:10加入乙酸乙酯溶液混合均勻，隨后將氧化鋅薄膜浸入溶液10s后取出烘干，重復(fù)10次，獲得具有親油疏水特性的涂層。

(3)浸油處理，所述的浸油處理工藝為(以正十八烷為例)：選擇聚二甲基硅氧烷改性氧化鋅薄膜為基體，以溫度50℃將正十八烷熔化，隨后將聚二甲基硅氧烷改性氧化鋅薄膜樣品浸入溶液中，約1min后取出，即得到氮化硅基封孔涂層。

應(yīng)當(dāng)理解，上述實(shí)施例僅為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。