CN109438747A - 一种光响应超疏水-超滑转换涂层的制备方法 - Google Patents

一种光响应超疏水-超滑转换涂层的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109438747A
CN109438747A CN201811241748.5A CN201811241748A CN109438747A CN 109438747 A CN109438747 A CN 109438747A CN 201811241748 A CN201811241748 A CN 201811241748A CN 109438747 A CN109438747 A CN 109438747A
Authority
CN
China
Prior art keywords
superslide
hydrophobic
phase
super
change material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201811241748.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109438747B (zh
Inventor
张达威
吴德权
杨浴民
韩啸
李晓刚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Science and Technology Beijing USTB
Original Assignee
University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Science and Technology Beijing USTB filed Critical University of Science and Technology Beijing USTB
Priority to CN201811241748.5A priority Critical patent/CN109438747B/zh
Publication of CN109438747A publication Critical patent/CN109438747A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109438747B publication Critical patent/CN109438747B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J9/00—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
    • C08J9/36—After-treatment
    • C08J9/365—Coating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/18—Manufacture of films or sheets
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D1/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, based on inorganic substances
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D183/00—Coating compositions based on macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon, with or without sulfur, nitrogen, oxygen, or carbon only; Coating compositions based on derivatives of such polymers
    • C09D183/04—Polysiloxanes
    • C09D183/08—Polysiloxanes containing silicon bound to organic groups containing atoms other than carbon, hydrogen, and oxygen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D4/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, based on organic non-macromolecular compounds having at least one polymerisable carbon-to-carbon unsaturated bond ; Coating compositions, based on monomers of macromolecular compounds of groups C09D183/00 - C09D183/16
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D5/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, characterised by their physical nature or the effects produced; Filling pastes
    • C09D5/08—Anti-corrosive paints
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D5/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, characterised by their physical nature or the effects produced; Filling pastes
    • C09D5/16—Antifouling paints; Underwater paints
    • C09D5/1656—Antifouling paints; Underwater paints characterised by the film-forming substance
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D5/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, characterised by their physical nature or the effects produced; Filling pastes
    • C09D5/16—Antifouling paints; Underwater paints
    • C09D5/1656—Antifouling paints; Underwater paints characterised by the film-forming substance
    • C09D5/1662—Synthetic film-forming substance
    • C09D5/1675—Polyorganosiloxane-containing compositions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G77/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule
    • C08G77/04—Polysiloxanes
    • C08G77/22—Polysiloxanes containing silicon bound to organic groups containing atoms other than carbon, hydrogen and oxygen
    • C08G77/24—Polysiloxanes containing silicon bound to organic groups containing atoms other than carbon, hydrogen and oxygen halogen-containing groups
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2383/00—Characterised by the use of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen, or carbon only; Derivatives of such polymers
    • C08J2383/04—Polysiloxanes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2491/00—Characterised by the use of oils, fats or waxes; Derivatives thereof
    • C08J2491/06—Waxes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02—Elements
    • C08K3/04—Carbon
    • C08K3/042—Graphene or derivatives, e.g. graphene oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K9/00—Use of pretreated ingredients
    • C08K9/04—Ingredients treated with organic substances
    • C08K9/06—Ingredients treated with organic substances with silicon-containing compounds

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Applied To Surfaces To Minimize Adherence Of Mist Or Water (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
  • Paints Or Removers (AREA)

Abstract

一种光响应超疏水‑超滑转换涂层的制备方法，用于表面腐蚀防护、除霜除冰、防水防雾、清洁防污损领域。涂层结构包括表面粗糙的多孔膜层，多孔结构中填充低表面能相变材料，以及均匀分布于相变材料或多孔膜层中的光致发热颗粒。多孔膜层表面粗糙度范围为10nm～50μm。相变材料熔点范围0～200℃，在室温下呈固态，涂层表现出疏水性。服役条件下通过光源辐照，使光致发热颗粒吸收光能升温，相变材料融化为液态，涂层表现出超滑性、疏水性。本发明涂层实现了表面疏水‑超滑的切换，结合了固态表面持久稳定，以及液态表面超滑、自修复的功能特点，解决了超疏水表面机械稳定性差，超滑表面持续性差的难题，拓展了超滑表面的应用，实现了对材料的高效率、可持续、智能化防护。

Description

一种光响应超疏水-超滑转换涂层的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种光响应超疏水-超滑转换涂层的制备方法，属于表面防护领域。
背景技术：
仿生疏水涂层因为其特殊的非浸润性，能有效屏蔽环境液体对基底的侵蚀，一直以来是科研人员研究热点。超疏水粗糙结构中的气垫，能阻止液滴对基材的浸润，因此超疏水涂层表现出良好的防护、自清洁、防冰防雾等特性。然而随着气液相的相互扩散或者外界环境的冲击，气垫逐渐消融，这种物理屏蔽作用逐渐弱化。当疏水结构在服役过程中被划伤、摩擦、挤压或出现裂纹时，其疏水屏蔽性能迅速下降。因此如何解决超疏水结构稳定性差、耐久性差的问题成为巨大挑战。
猪笼草为解决这一问题提供了新思路。猪笼草粗糙的叶片内壁呈多孔结构，其分泌的润滑液使得叶片表面始终湿滑，落在叶子上的昆虫无法站立附着，滑落到网兜状底部。受此启发，科研工作者们发明了一种新型仿生超滑涂层，该涂层借助基底微纳结构的毛细作用将润滑油等液体锁定在孔隙中，其本质在于用润滑油取代了微纳结构间隙中的空气。由于超滑涂层通过油膜阻挡外界介质的入侵，相比于超疏水的气膜，超滑涂层的油膜稳定性更好，屏蔽性能更优异。同时，液态油膜的流动性决定了超滑涂层具有自修复功能。局部的划伤、裂纹一旦产生将迅速被液态油膜覆盖包裹，阻止环境介质的进一步入侵。超滑表面具有超疏水、自清洁、自修复的优异功能，在微流控、防结冰、传热、抗菌等领域得到广泛应用。因此超滑涂层自开发以来，在短时间内得到极大的关注，被认为是可以解决超疏水难题的新型涂层。
然而超滑涂层在制备及服役中的仍然存在很大不足。由于超滑涂层润滑油为液态，当其受到环境中高温、紫外线、水流冲击等影响时会逐渐流失，造成超滑涂层独特优异的功能丧失。因此设计制备性能稳定，长效耐用的超滑涂层，具有非常重要的研究意义及商业价值。
发明内容：
本发明开发一种能在超疏水-超滑状态下自由切换的涂层，该涂层通过光源智能控制涂层相变材料的融化-凝固，从而控制表面状态的切换，使涂层具备疏液自清洁、防冰防雾的功能，同时具备精准自修复、长效防护的功能。
一种光响应超疏水-超滑转换涂层的制备方法，其特征在于，所述涂层结构包括表面粗糙的多孔膜层，多孔结构中填充低表面能相变材料，相变材料或多孔膜层中分布光致发热颗粒；在光照射条件下，相变材料实现固态到液态的转变，使得涂层实现疏水-超滑的转变；
所述涂层制备工艺为:
1)制备多孔膜层；
2)制备光致发热颗粒，通过偶联剂修饰光致发热颗粒；
3)将光致发热颗粒均匀分散到多孔膜层中，或相变材料中；
4)将相变材料灌注至多孔膜层中
5)通过低表面能物质修饰灌注好的膜层，最终得到多孔膜层- 光致发热颗粒-相变材料均匀混合的光响应超疏水-超滑转化涂层。
进一步的，该多孔膜层的制备材料可选用为PDMS，阳极氧化铝，微弧氧化镁合金，多孔氧化锌沉积层，多孔聚四氟乙烯纤维，纺织品，泡沫铜，泡沫铝等。材料的差异不能作为对本发明的限制。
进一步的，该多孔膜层主体孔隙率为60-90％高孔隙率，孔洞尺寸为10nm～100um。表面粗糙度为10nm～50μm。
进一步的，步骤2)所述光致发热颗粒优选碳颗粒、金属颗粒、金属化合物颗粒。碳颗粒包括如炭黑、碳纳米管、石墨烯等；金属颗粒包括铜粉、铁粉、镍粉等；金属化合物颗粒包括Fe3O4，MoS等。材料的差异不能作为对本发明的限制。
进一步的，所述光致发热颗粒粒径为10nm～50μm。
进一步的本发明步骤2)所述偶联剂优选为油酸、硅烷偶联剂、氟硅烷等物质中的一种或多种。
进一步的，本发明步骤3)所述光致发热颗粒在涂层中的浓度为 0.1％～5％，注入液态(混合)相变材料粘度范围优选为10～100cp。过多的颗粒物添加将影响融化后液态油的流动性，影响涂层超滑性能。过少的颗粒将影响涂层的吸热效率。
本发明所述光致发热颗粒可以通过吸收红外光、太阳光等光源能量，转化为热量，引起相变材料由固态转变为液态，实现超疏水到超滑的转变。该光致发热颗粒作为能量媒介，具有良好的光热效应，经过修饰处理可以与相变材料均匀混合。本发明对该光响应发热材料的粒径与分散有严格要求，需与相变材料均匀混合。光响应材料的局部的团聚可能导致局部发热过高，造成表面相变材料局部融化成液态，局部仍为固态，影响表面超滑性能。局部过高温度会导致膨胀过大，冷却后形成孔洞。
进一步的，步骤3)所述相变材料熔点为0～200℃，在室温下呈固态，并表现出疏水性；光源辐照后，转化为液态，表现出流动性、疏水性。
进一步的，所述相变材料为长链分子烷烃，包括十八烷～二十四烷，石蜡，动植物油脂，矿物油。
本发明构造一种多孔膜层，控制该多孔膜层结构的孔隙率与表面微纳粗糙结构。通过低表面能物质修饰该膜层使其具有疏液性。制备粒径微小的微纳米粉体作为光响应发热材料。选择合适的低熔点材料作为相变材料。将该光致发热颗粒均匀分散到多孔膜层结构中，或相变材料中。将相变材料或混有光致发热颗粒的相变材料注入多孔膜层中，制备得到本发明所述涂层。该涂层在普通环境下表面层固态，并表现出超疏水特性。通过控制光源辐照，涂层表面转化为液态，并表现出超滑特性。
本发明所述多孔膜层特点为表面呈现微纳级粗糙，且主体呈联通多孔结构。微纳粗糙表面用于构造疏水凸起结构，同时贮存因相变膨胀而从孔中溢出的液体油，并通过毛细力锁住液态油防止流失。本发明需严格控制该粗糙表面凸起结构的尺寸，过高的粗糙度将导致该表面难以被从孔洞中溢出的润滑油填平，影响超滑性能；同时凸起结构间过大的间距难以提供毛细力，将导致液态油的流失，丧失超滑性能。主体多孔部分作为承载相变材料的容器，储存足量相变材料提供长效防护。当表面液态油层干涸时，补充新的融化的相变材料。
本发明多孔膜层对相变材料具有一定的浸润性，对环境液体具有疏液性。相变材料在液态下能铺展于多孔材料表面，而环境液体不能浸润多孔材料表面。
本发明所述相变材料为在低温下呈固态，在高温下呈液态的物质。通过填充相变材料，在温度转变下引起相态的转变，从而导致该涂层表面由超疏水到超滑的转变。相变材料将超疏水涂层与超滑涂层的优势集中在本发明所述的新型涂层中，规避单一超疏水涂层机械稳定性、耐久性差，以及超滑涂层环境适应性差易失效的特点，增强该涂层的环境适应性，使其在非工作状态下保持固态，在需要除冰、防污、防雾等条件下，表现出超滑态，大大延长材料寿命。
进一步的，该相变材料优选为为长链分子烷烃如十八烷～二十四烷，石蜡，动植物油脂，矿物油等。材料的差异性不能作为对本发明的限制。该相变材料在吸收热量后能快速融化，其比热容为1.8～ 4J.g-1.K-1,融化热为150-400J.g-1。在液态下具有优异的疏液性，流动性，低表面能。
进一步的，本发明所述灌注好的膜层修饰方法将多孔基底浸泡于低表面能物质溶液中，一段时间后取出烘干，其表面沉积一层低表面能物质膜。该低表面能物质为：氟硅烷中的全氟癸基三乙氧基硅烷、全氟辛基三氯硅烷，有机氟化物中的全氟辛基硫醇等中的一种或者多种。
进一步的，本发明所述多孔结构的灌注方法包括但不限于：真空灌注法，常压浸泡法，压力注入法，溶液交换法，原位沉积法等。
本发明改变已有超滑涂层使用润滑油填充的思路，通过低表面能相变材料构建超滑涂层。在常温下，相变材料为固态，表现出疏水性能，可以有效屏蔽环境介质的入侵。当需要使用超滑功能的时候，如表面出现结冰、结霜、凝露、微生物附着等情况，通过融化相变材料，使涂层转变为超滑态，流动的超滑表面迅速去除冰晶、水滴、微生物的附着，得到洁净的表面。当环境介质清除或不需要超滑态时，相变材料回到室温凝固态，继续保护基底材料，同时环境中的水流、光照、震动等难以造成固态膜层的流失，固态表面依然保持长效防护的功能。当外界划伤、摩擦造成局部裂纹或缺陷，再通过融化相变材料，自动修复裂纹缺陷，实现长效防护。融化通过智能化光热引发控制。该相变材料实现涂层固态疏水-液态超滑的切换，结合了固态表面持久稳定，以及液态表面超滑、自修复的功能特点。该切换方式解决了超疏水表面机械稳定性差，超滑表面持续性差的难题，大大拓展了超滑表面的应用，实现了对材料的高效率、可持续、智能化防护。
附图说明：
图1为阳极氧化铝膜层光响应超疏水-超滑转化涂层表面形貌，
图2为PDMS膜层光响应超疏水-超滑转化涂层表面形貌，
图3为阳极氧化铝膜层作为载体的光响应超疏水-超滑转化涂层，
(a)涂层表面(b)涂层截面，
图4为多孔PDMS膜层作为载体的光响应超疏水-超滑转化涂层，
(a)涂层表面、(b)涂层截面；
图5为光响应超疏水-超滑转化涂层对水的浸润性，
(a)阳极氧化铝膜层光响应超疏水-超滑转化涂层接触角152°，
(b)PDMS膜层光响应超疏水-超滑转化涂层接触角158°。
具体实施方式：
下面结合实例并参照数据进一步对本发明作进一步说明，但不能作为对本发明的限定。
实施例1：
(1)多孔膜层的制备与疏水修饰
采用阳极氧化方法制备多孔膜层。选用高纯铝箔(99.99％)作为阳极，碳板作为阴极，磷酸溶液(浓度0.3M)作为电解液，电压195V，阳极氧化20～60min。得到孔径300-400nm，孔深15μm～50μm的阳极氧化多孔膜。该膜层表面粗糙度为400nm～1μm。
取全氟癸基三乙氧基硅烷与无水乙醇混合，配制硅烷浓度1-5％的乙醇溶液。将多孔基底置于修饰液中浸泡1-3h，取出150℃烘干 1-2小时。得到超疏水性能的阳极氧化铝。
(2)光致发热颗粒制备
采用共沉淀法制备光致发热颗粒Fe3O4。配置0.5mM H2SO4溶液100ml，逐渐加入5.4g FeCl3.6H2O与11.2g FeSO4.7H2O。在60℃条件下加热10min。在氮气的保护下逐滴加入浓度为25％的氨水，直至 PH为11。搅拌反应1h后，通过磁铁吸住Fe3O4颗粒，滤掉表层溶液，得到Fe3O4纳米颗粒。用乙醇洗涤三次，得到洁净的Fe3O4纳米颗粒。
(3)光致发热颗粒与相变材料混合
选用二十烷作为相变材料。将20g二十烷置于烧杯中，于80℃恒温水浴。待融化后，进行机械搅拌(转速60r/min)。将0.1g修饰好的光致发热颗粒逐渐缓慢倒入融化的相变材料中。保持温度80℃搅拌30min，得到混合均匀的微纳颗粒-相变材料
(4)光致发热颗粒-相变材料混合物注入多孔膜层
将修饰好的阳极氧化铝膜层置于真空加热箱中，抽真空至0.6Pa，并与60℃保持真空2h，将膜层中的气体排出。将制备好的光致发热颗粒-相变材料加热备用。打开真空箱针阀，将备好的光致发热颗粒- 相变材料注入反应釜中，使混合液体包裹试样表面，轻微摇晃真空箱防止混合液体沉积，促进其渗透灌注阳极氧化铝膜层孔洞中。重复该混合液注入过程，每5min补充20mL磁流体，并保持真空箱摇晃震动。 1h后，取出阳极氧化铝，用乙醇缓慢冲洗表面多余混合液体后，自然干燥得到该光响应超疏水-超滑转化涂层。
实施例2：
(1)光致发热颗粒制备与修饰
选用氧化石墨烯作为光致发热颗粒。将1g氧化石墨烯放入40ml 乙醇水溶液中(乙醇，水体积比3:1)超声30min。加入0.84硅烷偶联剂，80℃水浴12h。保持恒温水浴抽滤24h，滤出石墨烯颗粒。晾干后得到修饰好的石墨烯纳米粉体。
(2)光致发热颗粒与PDMS预聚体混合
将50gPDMS预聚体与0.25g修饰好的石墨烯粉体颗粒进行高速机械剪切搅拌(转速1200r/min)60min，再通过超声波振动40min，得到混合均匀的发热颗粒-PDMS预聚体。
(3)多孔膜层制备与疏水修饰
将50g混合有石墨烯纳米粉体的PDMS预聚体与0.5g固化剂按照质量比10:1混合，机械搅拌30min。取0.05g固体(NH4)2CO3研磨至粉末状，加入PDMS预聚体与固化剂混合物中继续搅拌20min。将最终混合物置于真空箱中抽真空20min，去除液体中搅拌进入的气泡。将该混合物倒于1200#砂纸表面，置于150℃烘箱内，加热20min。固体(NH4)2CO3受热分解为气体，同时PDMS预聚体与固化剂反应交联，最终形成多孔状PDMS膜层。将该膜层从砂纸剥离，膜层表面具有1～5um粗糙度。
(4)疏水溶液的配制与多孔膜层的修饰
取0.5g硅氮烷与20g无水乙醇混合，机械搅拌2min后得到修饰液。将多孔PDMS基底置于修饰液中浸泡2h，取出烘干2小时，得到疏水多孔PDMS。
(5)相变材料注入多孔膜层
取100g石蜡于80℃水浴融化，将修饰后的多孔PDMS置于液态石蜡中，80℃保温3h，石蜡浸入多孔结构中。取出后用酒精反复冲洗多孔PDMS膜层表面，晾干后得到光响应超疏水-超滑转换涂层。
光热效应精准控制涂层的基本性能如下：
(1)宏观表面形貌见图1及图2，
(2)微观形貌(见图3至图5)
(3)表面防结霜性能检测
(阳极氧化铝膜层)光响应超疏水-超滑转化涂层置于-10℃冷台后5min结霜，用2W红外激光器加热120s表面结霜融化。
(PDMS膜层)光响应超疏水-超滑转化涂层置于-10℃冷台后 5min结霜，用2W红外激光器加热260s表面结霜融化。
(4)表面防凝露性能检测
(阳极氧化铝膜层)光响应超疏水-超滑转化涂层置于湿热箱(实验温度25℃，湿度100％)后6～10min表面出现液滴凝露，用2W红外激光器加热100～180s表面凝露蒸发。该实验重复50次以上，涂层依然有良好性能。
(PDMS膜层)光响应超疏水-超滑转化涂层置于湿热箱(实验温度25℃，湿度100％)后6～10min表面出现液滴凝露，用2W红外激光器加热100～240s表面凝露蒸发。该实验重复50次以上，涂层依然有良好性能。
以上测试结果表面，本发明所制备的光响应超疏水-超滑转换涂层，具有良好的疏液性、光热效应，具有腐蚀防护、防结霜结冰、自清洁等功能，且具有长效防护寿命。

Claims (10)

1.一种光响应超疏水-超滑转换涂层的制备方法，其特征在于，所述涂层结构包括表面粗糙的多孔膜层，多孔结构中填充低表面能相变材料，经过分散剂修饰的光响应发热颗粒分散于相变材料或多孔结构中；在光照射条件下，相变材料实现固态到液态的转变，使得涂层实现超疏水-超滑的转变；
所述涂层制备工艺为:
1)制备多孔膜层；
2)制备光致发热颗粒，通过偶联剂修饰光致发热颗粒；
3)将光致发热颗粒均匀分散到多孔膜层中，或相变材料中；
4)将相变材料灌注至多孔膜层中；
5)通过低表面能物质修饰灌注好的膜层，最终得到多孔膜层-光致发热颗粒-相变材料均匀混合的光响应超疏水-超滑转化涂层。
2.根据权利要求1所述的光响应超疏水-超滑转换涂层的制备方法，其特征在于，步骤1)所述多孔膜层的制备材料选用PDMS，阳极氧化铝，微弧氧化镁合金，多孔氧化锌沉积层，多孔聚四氟乙烯纤维，纺织品，泡沫铜，泡沫铝。
3.根据权利要求1或2所述的光响应超疏水-超滑转换涂层的制备方法，其特征在于，所述多孔膜层主体孔隙率为60-90％高孔隙率，孔洞尺寸为10nm～100um；表面粗糙度为10nm～50μm。
4.根据权利要求1所述的所述的光响应超疏水-超滑转换涂层的制备方法，其特征在于，步骤2)所述光致发热颗粒为碳颗粒、金属颗粒或金属化颗粒；碳颗粒包括炭黑、碳纳米管、石墨烯；金属颗粒包括铜粉、铁粉、镍粉；金属化合物颗粒包括Fe3O4，MoS。
5.根据权利要求1所述的所述的光响应超疏水-超滑转换涂层的制备方法，其特征在于，步骤2)所述偶联剂为油酸、硅烷偶联剂、氟硅烷中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的所述的光响应超疏水-超滑转换涂层的制备方法，其特征在于，步骤3)所述光致发热颗粒在涂层中的浓度为0.1％～5％，注入液态相变材料粘度范围为10～100cp。
7.根据权利要求1或4或6所述的光响应超疏水-超滑转换涂层的制备方法，其特征在于，所述光致发热颗粒粒径为10nm～50μm。
8.根据权利要求1所述的所述的光响应超疏水-超滑转换涂层的制备方法，其特征在于，步骤3)所述相变材料熔点为0～200℃，在室温下呈固态，并表现出疏水性；光源辐照后，转化为液态，表现出流动性、疏水性。
9.根据权利要求1或6所述的所述的光响应超疏水-超滑转换涂层的制备方法，其特征在于，所述相变材料为长链分子烷烃，包括十八烷～二十四烷，石蜡，动植物油脂，矿物油；该相变材料在吸收热量后能快速融化，其比热容为1.8～4J.g-1.K-1,融化热为150-400J.g-1。
10.根据权利要求1所述的所述的光响应超疏水-超滑转换涂层的制备方法，其特征在于，将灌注好的膜层浸泡于低表面能物质溶液中，一段时间后取出烘干，其表面沉积一层低表面能物质膜；该低表面能物质为：氟硅烷中的全氟癸基三乙氧基硅烷、全氟辛基三氯硅烷，有机氟化物中的全氟辛基硫醇中的一种或者多种。
CN201811241748.5A 2018-10-24 2018-10-24 一种光响应超疏水-超滑转换涂层的制备方法 Active CN109438747B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811241748.5A CN109438747B (zh) 2018-10-24 2018-10-24 一种光响应超疏水-超滑转换涂层的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811241748.5A CN109438747B (zh) 2018-10-24 2018-10-24 一种光响应超疏水-超滑转换涂层的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109438747A true CN109438747A (zh) 2019-03-08
CN109438747B CN109438747B (zh) 2020-07-10

Family

ID=65548075

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811241748.5A Active CN109438747B (zh) 2018-10-24 2018-10-24 一种光响应超疏水-超滑转换涂层的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109438747B (zh)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109777358A (zh) * 2019-03-15 2019-05-21 哈尔滨工业大学 一种石墨烯基防/除冰一体化褶皱薄膜及其制备方法
CN111806701A (zh) * 2020-07-15 2020-10-23 上海交通大学 磁敏多孔润滑的飞机防冰表面的实现方法
CN111842091A (zh) * 2020-07-15 2020-10-30 上海交通大学 相变材料润滑的飞机防冰表面实现方法
CN113564528A (zh) * 2021-06-18 2021-10-29 复旦大学 一种光控可逆疏水件及其制备方法
CN113651985A (zh) * 2021-08-18 2021-11-16 吉林大学重庆研究院 一种基于石墨烯的具有光响应的超滑表面及其制备方法
CN113861841A (zh) * 2021-10-29 2021-12-31 电子科技大学长三角研究院(湖州) 一种生物炭-氮化钛超疏水光热涂层材料及其制备方法
CN113861800A (zh) * 2021-10-08 2021-12-31 中山大学 一种太阳光驱动自修复涂料、涂层及其制备方法
CN114369446A (zh) * 2021-12-15 2022-04-19 广东墨睿科技有限公司 一种新型石墨烯微纳腔相变超导材料的制备方法
CN115090501A (zh) * 2022-05-23 2022-09-23 北京科技大学 一种提高超滑涂层耐磨性的方法
CN115354380A (zh) * 2022-08-25 2022-11-18 安徽工业大学 一种固态超滑表面的构建方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102241886A (zh) * 2010-05-11 2011-11-16 国家纳米科学中心 一种具有防覆冰功能的材料及其制备方法和用途
CN104673188A (zh) * 2015-02-13 2015-06-03 中国科学院化学研究所 一种防覆冰功能的材料及其制备方法和用途
CN105295698A (zh) * 2015-11-25 2016-02-03 中国科学院兰州化学物理研究所 一种可用光热法进行超疏水性能修复的水性涂层材料及其制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102241886A (zh) * 2010-05-11 2011-11-16 国家纳米科学中心 一种具有防覆冰功能的材料及其制备方法和用途
CN104673188A (zh) * 2015-02-13 2015-06-03 中国科学院化学研究所 一种防覆冰功能的材料及其制备方法和用途
CN105295698A (zh) * 2015-11-25 2016-02-03 中国科学院兰州化学物理研究所 一种可用光热法进行超疏水性能修复的水性涂层材料及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
XIANGYU YIN ET AL.: "Integration of Self-Lubrication and Near-Infrared Photothermogenesis for Excellent Anti-Icing/Deicing Performance", 《ADV. FUNCT. MATER.》 *

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109777358B (zh) * 2019-03-15 2021-07-30 哈尔滨工业大学 一种石墨烯基防/除冰一体化褶皱薄膜及其制备方法
CN109777358A (zh) * 2019-03-15 2019-05-21 哈尔滨工业大学 一种石墨烯基防/除冰一体化褶皱薄膜及其制备方法
CN111806701A (zh) * 2020-07-15 2020-10-23 上海交通大学 磁敏多孔润滑的飞机防冰表面的实现方法
CN111842091A (zh) * 2020-07-15 2020-10-30 上海交通大学 相变材料润滑的飞机防冰表面实现方法
CN111806701B (zh) * 2020-07-15 2023-01-03 上海交通大学 磁敏多孔润滑的飞机防冰表面的实现方法
CN113564528A (zh) * 2021-06-18 2021-10-29 复旦大学 一种光控可逆疏水件及其制备方法
CN113564528B (zh) * 2021-06-18 2022-06-10 复旦大学 一种光控可逆疏水件及其制备方法
CN113651985A (zh) * 2021-08-18 2021-11-16 吉林大学重庆研究院 一种基于石墨烯的具有光响应的超滑表面及其制备方法
CN113651985B (zh) * 2021-08-18 2022-09-30 吉林大学重庆研究院 一种基于石墨烯的具有光响应的超滑表面及其制备方法
CN113861800B (zh) * 2021-10-08 2022-11-22 中山大学 一种太阳光驱动自修复涂料、涂层及其制备方法
CN113861800A (zh) * 2021-10-08 2021-12-31 中山大学 一种太阳光驱动自修复涂料、涂层及其制备方法
CN113861841A (zh) * 2021-10-29 2021-12-31 电子科技大学长三角研究院(湖州) 一种生物炭-氮化钛超疏水光热涂层材料及其制备方法
CN114369446A (zh) * 2021-12-15 2022-04-19 广东墨睿科技有限公司 一种新型石墨烯微纳腔相变超导材料的制备方法
CN115090501A (zh) * 2022-05-23 2022-09-23 北京科技大学 一种提高超滑涂层耐磨性的方法
CN115090501B (zh) * 2022-05-23 2023-07-14 北京科技大学 一种提高超滑涂层耐磨性的方法
CN115354380A (zh) * 2022-08-25 2022-11-18 安徽工业大学 一种固态超滑表面的构建方法
US20240067834A1 (en) * 2022-08-25 2024-02-29 Anhui University Of Technology Method of constructing solid slippery surface
US11952507B2 (en) * 2022-08-25 2024-04-09 Anhui University Of Technology Method of constructing solid slippery surface

Also Published As

Publication number Publication date
CN109438747B (zh) 2020-07-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109438747A (zh) 一种光响应超疏水-超滑转换涂层的制备方法
Zheng et al. Magnetic responsive and flexible composite superhydrophobic photothermal film for passive anti-icing/active deicing
Jamil et al. Durable and scalable candle soot icephobic coating with nucleation and fracture mechanism
Zhang et al. Fabrication of robust and repairable superhydrophobic coatings by an immersion method
Xie et al. Carbon-based photothermal superhydrophobic materials with hierarchical structure enhances the anti-icing and photothermal deicing properties
Qureshi et al. Recent advances on thermal conductivity enhancement of phase change materials for energy storage system: a review
Chen et al. What are the design principles, from the choice of lubricants and structures to the preparation method, for a stable slippery lubricant-infused porous surface?
Wu et al. Durable deicing lubricant-infused surface with photothermally switchable hydrophobic/slippery property
Jing et al. Fabrication of biocompatible super stable lubricant-immobilized slippery surfaces by grafting a polydimethylsiloxane brush: excellent boiling water resistance, hot liquid repellency and long-term slippery stability
CN109453966A (zh) 一种长效防护的液态自分泌超滑涂层及制备方法
Prakash et al. Recent trends in fabrication of nepenthes inspired SLIPs: Design strategies for self-healing efficient anti-icing surfaces
Trivedi et al. Microencapsulated phase change material suspensions for cool thermal energy storage
Wu et al. Recent advancements in photothermal anti-icing/deicing materials
Maeda et al. Condensate droplet size distribution and heat transfer on hierarchical slippery lubricant infused porous surfaces
Fu et al. Dynamic study of liquid drop impact on supercooled cerium dioxide: anti-icing behavior
CN108950641A (zh) 一种液态涂层及其制备方法和装置
CN105038720B (zh) 一种可高效利用太阳能的定形相变复合材料及其制备方法
Gao et al. Superhydrophobic and slippery cotton fabrics with robust nanolayers for stable wettability, anti-fouling and anti-icing properties
Pan et al. Superhydrophobicity and anti-icing of CF/PEEK composite surface with hierarchy structure
Guo et al. Enhancement of solar thermal storage properties of phase change composites supported by modified copper foam
CN108374769B (zh) 相变材料在风力发电机中延迟结冰或引起除冰的应用
Song et al. Multifunctional photothermal phase-change superhydrophobic film with excellent light–thermal conversion and thermal-energy storage capability for anti-icing/de-icing applications
Xia et al. Novel fabrication of nano functionalized amorphous tungsten oxide coatings with colorful superamphiphobic surface study
CN109468648A (zh) 铝或铝合金防结霜表面的大规模制备方法
Xiang et al. Stable photothermal solid slippery surface with enhanced anti-icing and de-icing properties

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant