[發明專利]具有納米結構的防冰自移除冷凝水滴表面的制造方法及其應用

有效

• 申請號: 202010486021.4
• 申請日: 2020-06-01
• 公開（公告）號: CN111906994B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 黃漢雄;張宇翔
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B29C45/14
• 分類號: B29C45/14;B29B11/00;B29B11/14
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 付茵茵

本發明公開了具有納米結構的防冰自移除冷凝水滴表面的制造方法，包括：制備納米結構模板，表面形成納米孔結構；對模板進行修飾；將模板固定于注塑模具的型腔表面上，采用注塑技術成型高分子制品，在其表面形成規整、有序排列的高縱橫比的納米結構。還涉及具有納米結構的防冰自移除冷凝水滴表面的制造方法的應用。注塑高分子制品表面上的納米結構防止水滴的浸潤，降低表面的固?液接觸面積，降低表面與冷凝水滴的粘附力，降低固?液界面的熱交換，不需經低表面能修飾，制品表面即呈現高的靜態和動態超疏水特性、冷凝微水滴自移除功能和防結冰性能，工序簡單易操作，實現連續、批量、低成本制造，易于推廣應用，屬于仿生納米結構表面的制造方法。

技術領域

本發明涉及仿生納米結構表面的制造方法，特別涉及一種采用注塑技術制造表面具有納米結構從而呈現防結冰且自移除冷凝水滴性能的高分子制品的方法及其應用。

背景技術

水在表面冷凝、結冰作為一種自然現象，會給工業和日常生活產生不利甚至嚴重影響。已研發出許多防冰和除冰方法，包括機械、電熱和液體混合的方法。這些方法通過破冰和融冰而實現除冰，一般需要專用設備，難以滿足輕量化和經濟性的要求，還可能存在安全性和可靠性問題。

高分子材料作為當今世界應用廣泛的材料，研究其表面的防結冰性能具有非常重要的意義。以自然界生物表面的納米結構為靈感，采用模板法制造具有納米結構的超疏水表面可以延長水滴的結冰時間。然而，如何制造具有合適納米結構的模板，如何將模板表面的納米結構準確復制到高分子材料表面并順利脫模，是規模化制造用于防結冰的納米結構超疏水表面的技術難點。

蟬翼表面上排列著緊密、規則的納米柱狀結構，納米柱有一定的錐度，且頂部較圓。研究發現，在具有納米結構的蟬翼表面上，水滴不僅呈現明顯的疏水潤濕狀態，而且冷凝微液滴合并可引發從表面上跳躍的行為。因此，采用模板法制造表面具有高縱橫比的錐形納米結構的高分子制品，并研究制品表面的疏水、防結冰和冷凝水滴自移除等性能有重要的意義。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明的目的是提供一種采用注塑技術制造表面具有納米結構從而呈現防結冰且自移除冷凝水滴性能的高分子制品的方法及其應用。

為了實現上述目的，本發明采用如下所述的技術方案。

一種具有納米結構的防冰自移除冷凝水滴表面的制造方法，包括如下步驟。

(1)制備納米結構模板，在其表面上形成高縱橫比的納米孔結構；

(2)對納米結構模板進行修飾；

(3)將修飾后的納米結構模板固定于注塑模具的型腔表面上，加熱注塑模具，采用注塑機將高分子熔體注入模具型腔內，對熔體進行保壓、冷卻和定型后，在注塑制品表面上形成規整、有序排列的納米結構，開模，取出注塑制品。

作為一種優選，步驟(1)中，納米結構模板的厚度為0.1～3mm，表面納米孔的直徑為40～500nm、中心距為50～800nm、深度為150～2500nm。

作為一種優選，步驟(1)中，用于制備納米結構模板的材料為超純鋁、銅合金、不銹鋼或硅。

作為一種優選，步驟(1)中，根據模板材料的不同，模板表面納米孔結構的制備方法為陽極氧化、光刻、化學刻蝕或激光刻蝕。

作為一種優選，步驟(2)中，將所制備的模板置于配置好的氟硅烷溶液中進行修飾。

作為一種優選，步驟(3)中，采用注塑機將高分子材料熔融、塑化成熔體，將熔體注入固定有納米結構模板的注塑模具型腔內，在充模壓力或同時在模具壓縮力的作用下，熔體填充至模板的納米孔中，對熔體進行保壓、冷卻和定型后，在注塑制品表面上形成規整、有序排列的納米結構。

作為一種優選，步驟(3)中，注塑高分子制品表面上納米結構為柱狀、針狀、絲狀或絨毛狀，納米結構的直徑、高度和間距均為納米級。