[發(fā)明專利]一種透明超疏水薄膜、其制備方法及用途

有效

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• 申請日: 2017-02-03
• 公開（公告）號: CN106835043B
• 公開（公告）日: 2019-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 閆蘭琴;褚衛(wèi)國;徐麗華;宋志偉
• 申請（專利權(quán)）人: 國家納米科學(xué)中心
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/08;C23C14/58
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟;侯桂麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于功能薄膜制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種透明超疏水薄膜、其制備方法及用途，特別涉及一種基于超薄氧化鋅薄膜的透明超疏水薄膜、其制備方法及用途。

背景技術(shù)

所謂超疏水要求材料表面穩(wěn)定接觸角要大于150°，滾動接觸角小于10°，在表面上水珠呈球形，在自身重力或外加力的作用下，水珠即可從表面滾落。超疏水表面由于具有自清潔功能，近年來越來越受到人們關(guān)注，可廣泛應(yīng)用于眾多領(lǐng)域，如室外天線可防積雪、遠洋輪船和石油管道可防污、防腐、微量注射器針尖可防粘附和污染等。

透明和自清潔是材料的兩個重要特性，其在防水、防結(jié)霧、自清潔以及光利用率等方面有著重要的應(yīng)用價值。例如，玻璃表面的反射和污染大大降低了玻璃的透明度和美觀度，很多光電器件也需要降低光學(xué)反射以提高光的利用效率以及通過器件的表面自清潔來延長使用壽命。制備同時兼具透明和持久耐用的自清潔薄膜是目前國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的研究重點。例如，汽車擋風(fēng)玻璃、太陽能電池表面以及窗口玻璃等。由于超疏水表面要求具備大表面粗糙度和低表面能，而大表面粗糙度會增加光散射導(dǎo)致透明度降低；另一方面高透明性又要求薄膜粗糙度要遠小于光波波長，但粗糙度過小又不利表面超疏水性。因此，對粗糙度相互矛盾的要求使得既透明又超疏水表面的制備異常困難。由此可見，制備透明超疏水薄膜的關(guān)鍵在于如何控制表面粗糙度使其同時滿足超疏水和高透明性要求。迄今為止，關(guān)于具有自清潔功能光學(xué)薄膜的制備已有較多文獻報 道。主要集中于多層自組裝法、模板法、刻蝕法和溶膠-凝膠等方法。但其制備工藝復(fù)雜冗長，制備速度慢，周期長，且表面理化性能較差，嚴重影響其應(yīng)用。因此，探索在不同襯底上制備透明超疏水表面的工藝簡單、污染少、周期短、可重復(fù)和規(guī)模化方法意義重大。

近年來，已有一些文獻報道透明超疏水窗口表面的制備。常見材料包括SiO₂、TiO₂、Al₂O₃或異質(zhì)結(jié)構(gòu)ZnO/SiO₂等。N.L.Tarwal等采用噴霧熱解法將不同濃度的氧化鋅熱解噴涂到玻璃表面，隨著涂層厚度的增加，薄膜粗糙度增大，水接觸角增大，透過率降低，當厚度達近900nm時，涂層水接觸角涂層最大水接觸角為154°，大于150度，達到超疏水效果，透光率為82％[Applied Surface science，2010,256，7451-7456]。

CN 101962269 B公開了一種超疏水抗反射氧化鋅納米針陣列的制備方法，其采用化學(xué)浴方法，利用晶種織構(gòu)化和前驅(qū)液濃度梯度沉積方法實現(xiàn)了氧化鋅納米針結(jié)構(gòu)，通過工藝條件控制針大小、密度、形貌等得到透明超疏水表面，針尖高度數(shù)百納米，典型反射率小于5％。

CN 104261695 B公開了一種透明超疏水氧化鋅涂層的制備方法，采用溶膠凝膠法在玻璃基底上制備了透明超疏水氧化鋅涂層，其接觸角大于160°，最佳透明度為90％，接近于空白玻璃透明度。

綜上所述，現(xiàn)有報道都集中在采用化學(xué)浴、溶膠凝膠等化學(xué)方法，實驗過程冗長復(fù)雜，污染大，重復(fù)性差，性能差，很難實現(xiàn)規(guī)模化的生產(chǎn)。此外，所制備的疏水膜均很厚，為數(shù)百納米甚至微米級，透明性不大于95％，接觸角均小于170°，都不具備同時兼顧超薄、超透明及極好超疏水性。因此，尋求簡單、污染少、周期短、重復(fù)性好、可規(guī)模化生產(chǎn)、并能在多種襯底上形成同時具有超薄、高透明和很好超疏水性能表面的制備方法十分重要。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中制備自清潔表面所存在的弊端，本發(fā)明的目的在于提供一種透明超疏水薄膜、其制備方法及用途，更具體的是提供一種基于超薄氧化鋅薄膜的透明超疏水薄膜，其簡單、重復(fù)性好的制備方法以及用途，本發(fā)明的透明超疏水薄膜具有超薄、高透明且很好超疏水性的優(yōu)點，本發(fā)明的透明超疏水薄膜的厚度在60～150nm，透光率在90～97％，與水的接觸角在167°以上，應(yīng)用該透明超疏水薄膜得到的光電器件兼具優(yōu)良的光學(xué)性質(zhì)和自清潔功能。

為達上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明“透明超疏水薄膜”中的“超疏水”指：其與水的接觸角在167°以上。

本發(fā)明的目的之一在于提供一種透明超疏水薄膜，所述透明超疏水薄膜包括氧化鋅薄膜及負載于氧化鋅薄膜表面的氟化碳薄膜，所述透明超疏水薄膜的厚度在60～150nm，透光率在90～97％，與水的接觸角在167°以上。