[發明專利]一種超疏水材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201110239818.5
• 申請日: 2011-08-21
• 公開（公告）號: CN102950099A
• 公開（公告）日: 2013-03-06
• 發明（設計）人: 羅迪恬;周維
• 申請（專利權）人: 比亞迪股份有限公司
• 主分類號: B05D5/08
• 分類號: B05D5/08;B05D3/10;C03C15/00;C03C17/34;C23F1/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及超疏水材料領域，更具體地說，涉及一種超疏水材料及其制備方法。

背景技術

材料表面的浸潤性是材料的一項重要性能，很多物理化學過程，例如：摩擦、分散、粘合、吸附等，都與材料表面浸潤性密切相關。通常，與水的接觸角大于150°，同時滾動角小于10°的固體表面被認為是超疏水表面，所述超疏水表面為具有一定的粗糙度的表面，并且在該具有一定粗糙度的表面修飾有低表面能修飾劑。近年來，與水的接觸角大于150°的超疏水表面引起了極大的關注，因為超疏水表面能夠在自清潔、防冰、防霧、防水、防雪、抗腐蝕等領域廣泛的應用，例如：在自清潔材料、微流體裝置以及生物材料等許多領域中有著極其重要的應用前景。

以防指紋玻璃為例，防指紋玻璃的表面涂層具有低的表面能以及一定的粗糙度，能夠達到高的水和油接觸角的效果，當用手指觸碰防指紋玻璃的表面后，油污不易在玻璃表面附著或者較少附著，因而可以非常容易地擦拭干凈，從而達到防指紋的效果。目前常用的制作防指紋玻璃的方法是通過在玻璃表面沉積或涂裝一層疏水疏油的涂層達到防指紋的效果，其與水接觸角約為100°-120°，具有一定的防指紋的效果但是并不明顯。為了獲得更好的防指紋效果，超疏水技術引起了本領域技術人員的重視。

理論和實踐證明，水或油性物質與材料的表面潤濕性能，除了與材料本身的表面能相關外，其表面結構也起到了關鍵作用。在玻璃表面采用低表面能材料進行修飾，例如：采用有機硅材料，含氟材料等進行修飾，對于水接觸角的提高有很大優勢。但是理論計算表明，由于表面能是材料的固有性質，即使具有最低表面能的材料，其光滑表面的接觸角也只有119°。因而為了使玻璃表面具有更高的疏水性，就必須對材料表面微結構進行改變。

本領域的技術人員在對荷葉，蛾翅等疏水物體進行表面結構分析的研究中發現，單純增加物體表面的粗糙度并不能保證超疏水性能，其表面微結構的形貌構造、排列順序等因素對水接觸角及滾動角都是至關重要的。為了達到超疏水的效果，本領域的技術人員采用了多種方法，例如：江雷等人利用氟硅烷修飾過的仿生陣列碳納米管使水接觸角超過了160°；公茂剛等人利用兩步法生長ZnO納米晶棒薄膜，經HTMS修飾后，得到最佳靜態接觸角151°，滾動角為7°。CN101864571A公開了一種在銅基超疏水表面的方法，其步驟是：將銅基表面打磨平整并拋光；將銅基浸泡在HNO3溶液中刻蝕片刻取出，用水沖洗吹干；均勻噴覆醋酸，于室溫下、相對濕度50％以上、陰干后再次噴覆醋酸，待銅基表面上形成遍布綠色斑點的表面層；將銅基放入烘箱中于300±50℃下烘烤取出，置于空氣中至冷卻；將處理后的銅基浸泡在正十八硫醇的乙醇溶液或十二硫醇的乙醇溶液，40-60℃水浴中浸泡，完成自組裝過程；取出銅基用無水乙醇沖洗吹干；這種方法利用正十八硫醇修飾氧化后的銅表面，從而達到超疏水的效果。CN101070408A公開了一種利用剪切聚丙烯膜或塊材制造滾動角可控超疏水材料的方法，將聚丙烯在溶劑中溶解為溶液，經過剪切過程和熱處理條件，經過降溫、分相/結晶固化成型等過程，最后干燥，形成不同形貌的結晶的網絡結構的薄膜或塊材；這種方法在沒有任何低表面能物質組分的后期修飾下，實現通用的聚烯烴樹脂膜的超疏水特性和滾動角可控。

上述方法均能夠得到具有超疏水效果的超疏水材料，但是這些方法存在需要特殊的加工設備和復雜的工藝過程，成本較高、難以大面積制造、可靠性較差等缺點，更重要的是不適合用于對玻璃表面進行處理。

發明內容

本發明為了解決現有的制備超疏水材料，存在需要特殊的加工設備和復雜的工藝過程，成本較高、可靠性較差等缺點，并且不適合用于對玻璃表面進行處理的技術問題。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種超疏水材料的制備方法，所述方法包括下述步驟：

步驟1、采用蝕刻液在基體表面蝕刻出微米或亞微米結構；

步驟2、在具有微米或亞微米結構的基體表面形成納米涂層；

步驟3、在所述納米涂層上制備一層低表面能物質。

優選地，在步驟1中，所述基體的表面包括待蝕刻區和覆蓋區，在所述覆蓋區上設置保護膜，在所述待蝕刻區采用蝕刻液進行蝕刻形成蝕刻區。

優選地，所述蝕刻區包括數個間隔均勻分布的凹槽，所述凹槽為圓形或者多邊形，所述凹槽的面積為0.25-250000μm²，深度為0.3-100μm。

優選地，在步驟1中，在基體的表面設置一層保護膜，然后采用激光進行雕刻，去除位于待蝕刻區的保護膜，保留位于覆蓋區的保護膜。