[發明專利]一種具有強化滴狀冷凝效果的非均勻超疏水涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 201710592318.7
• 申請日: 2017-07-19
• 公開（公告）號: CN107502875B
• 公開（公告）日: 2019-07-23
• 發明（設計）人: 張友法;汪希奎;張靜;余新泉
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: C23C18/12
• 分類號: C23C18/12
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 唐循文

一種具有強化滴狀冷凝效果的非均勻超疏水涂層及其制備方法，通過將鈦酸四丁酯和硅溶膠分別在無水乙醇中進行分散，然后將鈦酸四丁酯和無水乙醇的混合溶液超聲分散之后，加入到硅溶膠與無水乙醇的混合溶液中，加入氟硅烷并將溶液在50℃?65℃水浴中攪拌12h?24h，制備超疏水涂層面漆溶液；將超疏水涂層涂覆在基底上，然后通過光催化作用將TiO₂表面的氟硅烷催化分解掉，而SiO₂表面的氟硅烷則不能夠催化分解，從而實現樣品表面的親水?超疏水表面制備。本發明的樣品表面水滴冷凝脫附效率高，集水、防霧以及換熱效果較好，具有較好的推廣價值和應用前景。

技術領域

本發明屬于超疏水涂層表面制備技術領域，具體涉及一種具有強化滴狀冷凝效果的非均勻超疏水涂層及其制備方法。

背景技術

超疏水材料是指材料表面水滴滾動角大于150°，接觸角小于10°的新型仿生材料。當前，具有超疏水、自清潔性能的超疏水材料制備技術，已經得到較快的發展，并開始在工業和生活領域開展應用。宏觀呈現超疏水特性，微觀呈現親水-疏水非均勻潤濕性的超疏水材料表面，由于其具備較好的水滴冷凝脫附效果而在集水、防霧、換熱等方面具有較為廣闊的應用前景。而目前在超疏水表面制備領域，主要集中在完全超疏水表面的制備，對于非均勻潤濕性超疏水表面的制備研究則相對較少。同時，現有的非均勻超疏水表面制備方面，主要采用的技術手段有如下幾種方式：

1、配制二氧化鈦超疏水面漆，涂覆在樣品表面并進行掩膜光催化，通過掩膜板上的設計圖形，在超疏水表面實現親水-超疏水非均勻潤濕表面的制備；

2、在樣品表面先粘貼上預設的圖案化薄膜，然后在樣品表面涂覆超疏水涂層，待樣品表面制備成超速水涂層之后，將薄膜揭掉，實現樣品表面的親水-超疏水非均勻潤濕表面制備；

3、在樣品表面加工微納結構的圖案化柱體，將樣品表面整體制備成超疏水涂層，然后再通過將柱體表面的疏水涂層摩擦掉或經過親水化修飾，實現親水-疏水或親水-超疏水非均勻潤濕性表面的制備。

4、現有的非均勻超疏水層主要采用親水顆粒和疏水顆粒進行雜化，以獲得所需的非均勻潤濕性能，若需要改變雜化涂層的潤濕性，主要通過親水/疏水顆粒的雜化配比來進行調控。

但是，上述方法在具體使用過程中，也存在如下問題，具體在于：

一方面，通過掩膜光催化制備二氧化鈦非均勻潤濕表面的方法，受到掩膜板的影響較大，樣品表面的親水區占比需要通過掩膜板的圖案設計進行控制，而通過設計親水區占比控制非均勻潤濕表面的方法則比較麻煩，制備成本也相對較高，加工尺寸也受到限制，難以滿足批量化制備生產的要求。

另一方面，通過在樣品表面粘貼圖案化的薄膜，然后噴涂疏水涂層制備非均勻潤濕表面的方法，其能夠實現的圖案化尺寸較大，難以滿足微納尺寸圖案的加工設計，且通常只能滿足一些毫米級別的親水圖案制備，微納米級別的圖案制備實現難度較大，成本較高，也難以滿足大面積非均勻潤濕表面的制備需求。

再一方面，通過在基底表面(如硅片、金屬等)制備非均勻潤濕表面的方法，需要通過高精度的精密儀器制備微納尺寸的柱體圖案，設備昂貴，加工技術要求較高，加工費用也較貴，只能滿足目前的科研使用，難以實現大面積非均勻潤濕表面的制備。

最后，通過親水顆粒/疏水顆粒進行雜化制備非均勻超疏水涂層的方法，由于其潤濕性的調控主要通過改變親水/疏水雜化顆粒的配比來實現，調控和操作需要付出較大的重復性的勞動，操作比較麻煩耗時，不利于涂層的潤濕性快速調控和涂層的大面積制備及應用。

因此，基于上述技術問題，發明人經過深入研究，本發明提供一種光催化制備非均勻潤濕性超疏水表面的方法，以解決現有技術存在的非均勻潤濕表面制備成本較高、加工難度較大、難以實現大規模表面制備的不足和缺陷。

發明內容