[發明專利]一種長期穩固耐用的疏水涂層及其制備方法、應用

有效

• 申請號: 201810853742.7
• 申請日: 2018-07-30
• 公開（公告）號: CN108977782B
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發明（設計）人: 石振;張雪峰
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/08;C23C14/14;C23C14/02
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏

本發明涉及疏水涂層技術領域，尤其涉及一種長期穩固耐用的疏水涂層及其制備方法、應用。所述長期穩固耐用的疏水涂層包括稀土金屬過渡層和稀土氧化物涂層，所述稀土金屬過渡層沉積于基底與稀土氧化物涂層之間，所述稀土金屬過渡層的材質為與稀土氧化物涂層相對應的稀土金屬，所述基底為金屬基底或非金屬基底。本發明的疏水涂層具有良好的機械性能、熱力學性能及耐腐蝕性能，具有長期穩固耐用的特性，尤其可應用于嚴苛環境，大大促進疏水稀土氧化物涂層在不同領域內的應用。

技術領域

本發明涉及疏水涂層技術領域，尤其涉及一種長期穩固耐用的疏水涂層及其制備方法、應用。

背景技術

疏水表面由于具有自清潔、抗結冰、耐腐蝕等特性，具有巨大的應用潛質，可廣泛應用于生產生活中，這引起了人們的極大興趣。傳統疏水材料如高分子聚合物、氟化物等強度差，在惡劣條件下疏水性極易失去，這極大地限制了其在疏水表面的應用。2013年，美國麻省理工學院的K.K.Varanasi報道了稀土氧化物陶瓷的本征疏水性(Nature Materials12:315-320，2013)，這是由于稀土原子的4f亞層被外層5s²p⁶電子殼層屏蔽，未填滿的4f軌道很難與界面水分子發生電子交換形成氫鍵，從而使得稀土氧化物表面呈現疏水特性。與傳統疏水材料相比，稀土氧化物的特殊電子構型導致的本征疏水性及陶瓷材料本身的高強度使其能夠應用在高溫、腐蝕、摩擦磨損等惡劣環境中，這能夠極大地推動疏水表面在實際生活中的應用。

現有的疏水表面的制備方法通常是對表面進行疏水處理，即在表面修飾一層低表面能物質，進而制備出具有疏水特性的表面。處理方法通常有噴涂法和浸漬法：利用噴涂法制備涂層的過程中，涂層內存在的殘余應力及缺陷將嚴重影響材料的熱力學及機械性能表現，如膜基結合力、耐磨性、熱穩定性等，甚至導致材料的過早失效；浸漬法是通過向材料表面嫁接低表面能官能團如含氟官能團，來降低材料表面自由能從而達到疏水的目的。這兩種方法制備的疏水材料膜基結合力及機械性能差，不能夠長時間服役，使用壽命通常較短，尤其在嚴苛環境下。因此，開發出一種高強度且與基底具有高粘附性的疏水材料具有重要的研究意義。

發明內容

本發明為了克服現有疏水涂層膜基結合力和機械性能差，穩定性不夠，易磨損的問題，提供了一種膜基結合力強、硬度高、熱穩定性好、耐磨損的長期穩固耐用的疏水涂層。

本發明還提供了一種長期穩固耐用的疏水涂層的制備方法，適用于大面積、各種不同(不同尺寸、不同形狀)基底上的沉積，且沉積速率快，基片沉積溫度低，能耗低，工藝條件易于控制，易于實現產業化。

本發明還提供了一種由上述方法制備的長期穩固耐用的疏水涂層在自清潔、防霧、防結冰、防粘附、防生物淤積、強化冷凝傳熱、防腐蝕領域的應用。

為了實現第一個發明目的，本發明采用以下技術方案：

一種長期穩固耐用的疏水涂層，所述疏水涂層為沉積于非金屬基底表面的稀土氧化物涂層。

一種長期穩固耐用的疏水涂層，所述疏水涂層包括稀土金屬過渡層和稀土氧化物涂層，所述稀土金屬過渡層沉積于基底與稀土氧化物涂層之間，所述稀土金屬過渡層的材質為與稀土氧化物涂層相對應的稀土金屬，所述基底為金屬基底或非金屬基底。

由于陶瓷材料殘余應力高、與金屬基底間無法化學鍵合，因此直接沉積于金屬表面的稀土氧化物涂層與基底間結合力較弱。本發明在沉積稀土氧化物涂層之前，先在潔凈的金屬基底表面沉積與稀土氧化物涂層相對應的稀土金屬過渡層，使膜層之間發生化學鍵合作用，形成鑲嵌式結構層，從而大大增強稀土氧化物涂層與金屬基底間的膜基結合力。該稀土金屬過渡層同樣適用于非金屬基底。