[發明專利]一種超低粘附易除霜表面的制備方法

在審

• 申請號: 202111118967.6
• 申請日: 2021-09-24
• 公開（公告）號: CN114887852A
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發明（設計）人: 田雪林;歐陽夢玲;黃世琳;范岳;吳成蛟;陳棋元;郭睿生
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: B05D1/18
• 分類號: B05D1/18;B05D5/00;B05D3/14;B05D3/10;B05D7/24
• 代理公司: 深圳市創富知識產權代理有限公司 44367
• 代理人: 高冰

本發明屬于表界面制備技術領域，具體涉及一種超低粘附易除霜表面的制備方法，本發明通過反應離子束刻蝕使硅片具備錐柱狀納米結構形貌，再通過表面活化處理接枝羥基，最后再修飾兼具低表面能及滑移效果的類液體納米涂層，即完成超低粘附易除霜表面的制備。本發明的制備方法工藝穩定，簡單易行，所得到的表面將主動防霜和被動防霜策略的優勢協同整合，不僅具有類似超疏水表面的被動防霜功能，而且在長期使用下結霜后，表面所具有的超低粘附性能，可促使其在150mL/s小流量氮氣風產生的風壓下，輕易除去表面霜層，不需要外加大量能量進行除霜，是一種在實際應用條件下可長期反復使用的防霜除霜表面。

技術領域

本發明屬于表界面制備技術領域，具體涉及一種超低粘附易除霜表面的制備方法。

背景技術

表面結霜現象廣泛發生于高緯度地區的冬季，給熱設備、高壓輸電設備、大型室外觀測儀器等室外設備的正常運行帶來了許多風險和危害。例如高壓輸電線在冬季可能會因為覆冰問題而引起跳閘、斷線或倒塔等安全事故，從而造成電路癱瘓，給國民經濟帶來損失，影響社會生產生活。因此，研究如何防霜除霜已經成為表面科學領域當前極受重視的方向之一，對電力工程、石油化工、綠色能源、建筑、航空航天等領域有著極其重要的作用。

目前，常見的表面防霜除霜方法主要基于兩個方向。第一個方向是通過外加能量直接性清理已經結霜的表面，譬如電熱除霜、逆循環除霜、熱氣旁通除霜以及超聲震動除霜等。然而，這類主動防霜除霜方法對能源的依賴巨大，嚴重違背實際工業領域節能減排的基本要求。第二個方向則是從結霜原理出發，利用新型材料的本征功能及表面特性，得到可以抑制冰成核、延緩霜產生、減緩霜積累或者降低霜粘附的表面，譬如防凍蛋白材料、超疏水表面、潤滑油灌注的超滑表面等均屬于此類被動防霜的材料。然而這類被動防霜方法對結霜的延遲效果較為有限，在實際應用過程中仍存在許多不足。

因此，有必要開發一種不過于依賴大量外加能源，并可以長久保持防霜除霜效果的防霜除霜方法，以解決上述問題。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明提出了一種超低粘附易除霜表面的制備方法，該制備方法工藝穩定，簡單易行，所得到的表面結合了主動防霜和被動防霜策略的優勢，不僅具有優秀的被動防霜功能，而且所具有的超低粘附性能使其在模擬風吹的條件下，僅通過150mL/s小流量氮氣風產生的風壓即可輕易除去表面結霜，達到實際應用條件下可長期反復使用的要求。

為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：

本發明提供了一種超低粘附易除霜表面的制備方法，該方法包括以下步驟：

S1、對硅片進行反應離子束刻蝕，制備得到具有錐柱狀納米結構形貌的硅片表面；

S2、對步驟S1具有錐柱狀納米結構形貌的硅片表面進行表面活化處理，接枝羥基制備得到羥基化錐柱狀納米結構硅片表面；

S3、對步驟S2的羥基化錐柱狀納米結構硅片表面修飾兼具低表面能及滑移效果的類液體納米涂層，即完成超低粘附易除霜表面的制備。

優選地，所述兼具低表面能及滑移效果的類液體納米涂層包括但不限于全氟聚醚涂層，涂層的厚度為1-30nm。

優選地，步驟S3中所述修飾的方法包括浸涂、旋涂、化學氣相沉積。

優選地，所述反應離子束刻蝕在反應離子束刻蝕機中進行，進行反應離子束刻蝕時，將腔室抽真空至-10^-5Torr，并接入15sccm O₂以及15sccm SF₆兩種反應氣體，保持溫度為20℃，氣體壓力為20-50mtorr，調整刻蝕功率為100W，刻蝕為5-20min。

優選地，所述表面活化處理的方法包括氧氣等離子體處理、空氣等離子體處理、食人魚溶液清洗處理。