[發明專利]一種超雙疏材料及其制備方法以及超雙疏表面涂層的制備方法

在審

• 申請號: 202010573563.5
• 申請日: 2020-06-22
• 公開（公告）號: CN111908480A
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 鄧旭;王德輝
• 申請（專利權）人: 成都普界科技有限公司
• 主分類號: C01B33/18
• 分類號: C01B33/18;C09D1/00
• 代理公司: 成都正華專利代理事務所(普通合伙) 51229
• 代理人: 李亞男

本發明公開了一種超雙疏材料及其制備方法以及超雙疏表面涂層的制備方法，屬于超雙疏材料技術領域。其包括以下步驟：(1)將基底置于含碳源的火焰上灼燒，以在基底灼燒面聚集沉積一層碳納米顆粒；(2)在所述碳納米顆粒表面化學沉積一層二氧化硅殼后，再將包裹在所述二氧化硅殼內的碳納米顆粒去除，得到空心納米二氧化硅聚集體，經低表面能處理后，得到超雙疏材料。本發明通過簡單的火焰收集法即可獲得具有分形結構樹枝狀碳納米顆粒，并以此為模板制備出具有分形結構的空心納米二氧化硅聚集體，方法簡便，材料易得，成本低廉，透明度高。

技術領域

本發明涉及超雙疏材料技術領域，具體涉及一種超雙疏材料及其制備方法以及超雙疏表面涂層的制備方法。

背景技術

仿生于荷葉表面的超疏水材料，因其具有自清潔、低固-液粘附、保持干燥等特殊性能，在防腐蝕、防結冰、抗生物粘附、流體減阻以及微流控、油水分離、傳熱熱質等工程技術領域展示出了巨大的應用前景，近年來得到飛速發展。然而大部分超疏水材料存在制備工藝復雜導致高成本、且表面微納米結構極易被破壞。另外，由于應用場景中面臨的各類液體，如污水，油滴具有較低的表面能，因此普通超疏水表面無法排斥低表面能液體，這是限制超疏水表面在日常生活中廣泛應用的最大障礙。因此，超雙疏表面應運而生。超雙疏指水和有機液體在材料表面的靜態接觸角大于150°，且滾動角小于10°，這種同時具有超疏水和超疏油性質的材料稱之為超雙疏材料。相較于超疏水涂層，超雙疏材料有著更高的水靜態接觸角和更小的滾動角，可排斥復雜環境中表面能更低的液體，如生活污水、油污等，在防污、防腐、自清潔等方面有著超疏水表面難以企及的優勢。因此，超雙疏材料更適合應用于如建筑物玻璃外墻、汽車玻璃、輸油管道減阻、電子器件防水、自清潔穿戴設備、自清潔太陽能電池面板等領域。

然而，相較于超疏水涂料，要實現超雙疏，該表面的微納米結構必須具備一定的特殊性，即形成單/雙內凹結構。普通納米材料不能滿足該要求，無法實現對低表面能液體的排斥。目前該類型超雙疏表面往往需要通過繁復的微/納米加工手段制備特殊的雙內凹微/納米結構，工藝繁瑣、成本高昂，并且無法大面積制備、基材選用單一、且不具備普適性。而且傳統方法制備的超雙疏表面，難以獲得較高的光透過率，大大限制其工業應用。

發明內容

本發明的目的是提供一種超雙疏材料、超雙疏表面涂層及其制備方法，以解決現有超雙疏材料往往需要通過繁復的微/納米加工手段制備特殊的雙內凹微/納米結構，工藝繁瑣、無法大面積制備且難以獲得較高的光透過率的問題。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：

一種超雙疏材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將基底置于含碳源的火焰上灼燒，以在基底灼燒面聚集沉積一層碳納米顆粒；

(2)在碳納米顆粒表面化學沉積一層二氧化硅殼后，再將包裹在所述二氧化硅殼內的碳納米顆粒去除，得到空心納米二氧化硅聚集體，經低表面能處理后，得到超雙疏材料。

本發明通過收集火焰燃燒不充分沉積的納米碳顆粒，得到致密的、具有樹枝狀分形結構的碳納米顆粒聚集體涂層，其樹枝狀分形結構很好地作為模板，為以該模板制備的暗納米二氧化硅材料實現超疏油性的基礎。

隨后以該納米碳顆粒聚集體為模板，通過化學沉積，在納米碳顆粒表面生長一層納米級厚度的二氧化硅殼。最后，將生長有二氧化硅的納米碳顆粒聚集體在高溫下煅燒或氧等離子體處理，除掉碳顆粒，最終得到納米二氧化硅空心球聚集體，完好的保留了碳納米顆粒涂層的樹枝狀分形結構，能同時具有超疏水和超疏油的超雙疏特性。并且處理掉碳顆粒的材料由黑色轉變為透明，具有高透光率，具備更大的應用。

進一步地，在本發明較佳的實施例中，上述步驟(1)中所述碳納米顆粒聚集的涂層厚度為0.1um-20mm。

進一步地，在本發明較佳的實施例中，上述步驟(1)中火焰來源于木材、液體石蠟、固體石蠟、燃油、液化氣或天然氣燃燒的火焰。