CN114643178A - 兼具自除冰、自清洁和自修复功能的透明器件及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种兼具自除冰、自清洁和自修复功能的透明器件及制备方法。透明器件制备方法包括以下步骤：于透明器件本体上形成超薄MXene多层膜，超薄MXene多层膜具有高透明度和光热转换性能；于超薄MXene多层膜上形成无氟且可自修复超疏水薄膜。透明器件包括透明器件本体、超薄MXene多层膜和无氟且可自修复超疏水薄膜，超薄MXene多层膜设置于透明器件本体上，无氟且可自修复超疏水薄膜设置于超薄MXene多层膜上。本申请通过超薄MXene多层膜实现光热转换，采用绿色能源进行除冰/抗冰，对环境没有伤害，提高工作安全性，同时还通过无氟且可自修复超疏水薄膜实现自清洁和自修复功能，保证透明器件的长效使用。
Description
技术领域
本申请涉及一种透明器件，特别是涉及一种兼具自除冰、自清洁和自修复功能的透明器件及制备方法。
背景技术
在交通运输、航天航空、太阳能发电等领域，结冰会带来一定程度的危害，甚至可以导致灾难性的结果，例如车辆的风挡玻璃结冰会影响视线，飞机的机翼结冰会影响飞行安全，太阳能发电板结冰会降低发电效率等。
在实现本申请过程中，申请人发现目前通常采用物理或者化学方法除冰，其中物理除冰方法为加热除冰或者机械除冰，化学除冰方法使用抗结冰剂或喷洒盐水除冰，但是这两种方法均存在工作强度大、效率低、污染环境以及受时间空间的限制等诸多问题。因此一种兼具自除冰、自清洁和自修复的透明器件，具有重要的商业价值和实际意义。
发明内容
为解决上现有技术方案所存在的技术问题，本申请实施例提供一种兼具自除冰、自清洁和自修复功能的透明器件及制备方法。具体的技术方案如下：
第一方面，提供一种兼具自除冰、自清洁和自修复功能的透明器件制备方法，其包括以下步骤：于透明器件本体上形成超薄MXene多层膜，超薄MXene多层膜具有高透明度和光热转换性能；于超薄MXene多层膜上形成无氟且可自修复超疏水薄膜。
在第一方面的第一种可能实现方式中，于透明器件本体上形成超薄MXene多层膜的方法包括以下步骤：采用层层组装技术，于透明器件本体上交替沉积带正电的聚二甲基二烯丙基氯化铵和带负电的MXene纳米片，形成超薄MXene多层膜。
结合第一方面的第一种可能实现方式，在第一方面的第二种可能实现方式中，MXene纳米片的材料包括氧化钼、酞菁铝、浴铜灵或者Ti3C2Tx。
在第一方面的第三种可能实现方式中，于超薄MXene多层膜上形成无氟且可自修复超疏水薄膜的方法包括以下步骤：将PDMS与硼酸溶解于异丙醇中，充分混合后，蒸发部分异丙醇，得到薄膜溶液；将薄膜溶液沉积于超薄MXene多层膜的表面，真空干燥处理后，于玻璃的表面形成无氟可自修复超疏水薄膜。
结合第一方面的第三种可能实现方式，在第一方面的第四种可能实现方式中，PDMS与硼酸的比例为1：1-3：1。
结合第一方面的第三种可能实现方式，在第一方面的第五种可能实现方式中，PDMS与硼酸溶解于异丙醇之后，先在室温下超声处理30min，接着在75℃条件下搅拌15min以上，最后将温度升至150℃，蒸发部分异丙醇。
结合第一方面的第五种可能实现方式，在第一方面的第六种可能实现方式中，PDMS与硼酸溶解于异丙醇之后的初始溶液中，每1克PDMS含有4mL的异丙醇，在蒸发部分异丙醇之后，每1克PDMS含有1mL的异丙醇。
结合第一方面的第五种可能实现方式，在第一方面的第七种可能实现方式中，硼酸-二醇络合产生三角硼位点，其中B-O键可以以缔合或保守的方式进行动态交换，且溶液中开始生成气泡时，二醇与硼酸之间发生反应产生H2O，并逐渐生成网络，20min后应将温度降至室温以防止完全转化。
结合第一方面的第三种可能实现方式，在第一方面的第八种可能实现方式中，薄膜溶液沉积于超薄MXene多层膜的表面的厚度为2μm，其在真空干燥处理后的厚度为10nm。
第二方面，提供一种根据上述第一方面中任意一项的兼具自除冰、自清洁和自修复功能的透明器件所制备的透明器件，其包括：透明器件本体；超薄MXene多层膜，设置于透明器件本体上，超薄MXene多层膜具有高透明度和光热转换性能；无氟且可自修复超疏水薄膜，设置于超薄MXene多层膜上。
本申请与现有技术相比具有的优点有：
本申请的兼具自除冰、自清洁和自修复功能的透明器件及制备方法，其所制备的透明器件通过超薄MXene多层膜实现光热转换，采用绿色能源进行除冰/抗冰，对环境没有伤害，提高工作安全性，同时还通过无氟且可自修复超疏水薄膜实现自清洁和自修复功能，保证透明器件的长效使用。本申请所制备透明器件可用于交通运输，航空航天，太阳能光伏产业等，性能优越，应用领域广阔，适合批量化生产。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是本申请一实施例的兼具自除冰、自清洁和自修复功能的透明器件制备方法的步骤流程示意图；
图2是本申请一实施例的透明器件的示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。
请参阅图1，其是本申请一实施例的兼具自除冰、自清洁和自修复功能的透明器件制备方法的步骤流程示意图。如图所示，兼具自除冰、自清洁和自修复功能的透明器件制备方法S包括以下步骤S1和步骤S2。在步骤S1中，制备光热转换层。于透明器件本体上形成超薄MXene多层膜，超薄MXene多层膜具有高透明度和光热转换性能,采用光热转化，采用绿色能源进行除冰/抗冰，对环境没有伤害，提高工作安全性。
具体而言，自透明器件本体上，采用层层组装技术，通过在透明器件本体上交替沉积带正电的聚二甲基二烯丙基氯化铵和带负电的MXene纳米片，形成超薄MXene多层膜。MXene纳米片的材料包括但不局限于氧化钼、酞菁铝、浴铜灵或者Ti3C2Tx等。
在步骤S2中，制备自清洁可自修复层。于超薄MXene多层膜上形成无氟且可自修复超疏水薄膜，无氟且可自修复超疏水薄膜可以使没有结冰或者已融化的冰块快速滑落，实现太阳光照射下的高效除冰功能。同时，该无氟且可自修复超疏水薄膜具有在光照条件下实现自修复的功能，可以对抗物理损伤和化学氧化，降低薄膜的维护成本，同时延长其使用寿命。
具体而言，先将PDMS与硼酸以1：1-3：1的比例充分混合溶解在异丙醇中，优选的，PDMS与硼酸的比例优选为1.5：1，但不以此为限。PDMS与硼酸溶解于异丙醇之后的初始溶液中，每1克PDMS含有4mL的异丙醇，然后在室温下超声处理30min，接着在75℃条件下搅拌30min，最后将温度升至105℃，蒸发大部分的异丙醇，此时每1克PDMS含有1mL的异丙醇。需要说明的是，此条件下，硼酸-二醇漯河产生三角硼位点，其中B-O键可以以缔合或保守的方式进行动态交换。溶液中开始生成气泡时，说明二醇与硼酸之间发生反应产生H2O，并逐渐生产网络，20min后将温度降至室温以防止完全转化。此时可进行旋涂或者浸涂，最终得到dyn-PDMS薄膜，即无氟可自修复超疏水薄膜。
承上所述，将上述配置完成的薄膜溶液通过旋涂或浸涂方式，沉积在超薄MXene多层膜表面，此时薄膜溶液沉积于超薄MXene多层膜的表面的厚度为2μm，然后将进行干燥处理，干燥时间和温度会对薄膜厚度产生较大影响，因此真空干燥处理温度优选为100℃，时间优选15h，真空干燥处理后的厚度为10nm，最终得到dyn-PDMS薄膜，即无氟可自修复超疏水薄膜。需要说明的是，上述所采用化学合成技术，旋涂/浸涂技术等，工艺简单，效率高，如此可在不影响透明玻璃结构强度和光学性能条件下完成，适合批量化生产。
请参阅图2，其是本申请一实施例的透明器件的示意图。如图所示，本实施例的透明器件1是根据上述兼具自除冰、自清洁和自修复功能的透明器件S所制备而成的。透明器件1包括透明器件本体2、超薄MXene多层膜3和无氟且可自修复超疏水薄膜4。超薄MXene多层膜3设置于透明器件本体2上，超薄MXene多层膜3具有高透明度和光热转换性能。无氟且可自修复超疏水薄膜4设置于超薄MXene多层膜3上。
本实施例的透明器件1通过设置超薄MXene多层膜3实现光热转换功能，采用绿色能源进行除冰/抗冰，对环境没有伤害，提高工作安全性。同时无氟且可自修复超疏水薄膜4可保证透明器件1的长效使用。本实施例的透明器件1可用于交通运输，航空航天，太阳能光伏产业等，性能优越，应用领域广阔，适合批量化生产。
综上所述，本申请提供了一种兼具自除冰、自清洁和自修复功能的透明器件及制备方法。本申请所制备的透明器件通过超薄MXene多层膜实现光热转换，采用绿色能源进行除冰/抗冰，对环境没有伤害，提高工作安全性，同时还通过无氟且可自修复超疏水薄膜实现自清洁和自修复功能，保证透明器件的长效使用。本申请所制备透明器件可用于交通运输，航空航天，太阳能光伏产业等，性能优越，应用领域广阔，适合批量化生产。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。
Claims (10)
1.一种兼具自除冰、自清洁和自修复功能的透明器件制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
于透明器件本体上形成超薄MXene多层膜，所述超薄MXene多层膜具有高透明度和光热转换性能；
于所述超薄MXene多层膜上形成无氟且可自修复超疏水薄膜。
2.根据权利要求1所述的兼具自除冰、自清洁和自修复功能的透明器件制备方法，其特征在于，于所述透明器件本体上形成所述超薄MXene多层膜的方法包括以下步骤：采用层层组装技术，于所述透明器件本体上交替沉积带正电的聚二甲基二烯丙基氯化铵和带负电的MXene纳米片，形成所述超薄MXene多层膜。
3.根据权利要求2所述的兼具自除冰、自清洁和自修复功能的透明器件制备方法，其特征在于，所述MXene纳米片的材料包括氧化钼、酞菁铝、浴铜灵或者Ti3C2Tx。
4.根据权利要求1所述的兼具自除冰、自清洁和自修复功能的透明器件制备方法，其特征在于，于所述超薄MXene多层膜上形成所述无氟且可自修复超疏水薄膜的方法包括以下步骤：
将PDMS与硼酸溶解于异丙醇中，充分混合后，蒸发部分所述异丙醇，得到薄膜溶液；
将所述薄膜溶液沉积于所述超薄MXene多层膜的表面，真空干燥处理后，于所述玻璃的表面形成所述无氟可自修复超疏水薄膜。
5.根据权利要求4所述的兼具自除冰、自清洁和自修复功能的透明器件制备方法，其特征在于，所述PDMS与所述硼酸的比例为1：1-3：1。
6.根据权利要求4所述的兼具自除冰、自清洁和自修复功能的透明器件制备方法，其特征在于，所述PDMS与所述硼酸溶解于所述异丙醇之后，先在室温下超声处理30min，接着在75℃条件下搅拌15min以上，最后将温度升至150℃，蒸发部分所述异丙醇。
7.根据权利要求6所述的兼具自除冰、自清洁和自修复功能的透明器件制备方法，其特征在于，所述PDMS与所述硼酸溶解于所述异丙醇之后的初始溶液中，每1克PDMS含有4mL的异丙醇，在蒸发部分所述异丙醇之后，每1克PDMS含有1mL的异丙醇。
8.根据权利要求6所述的兼具自除冰、自清洁和自修复功能的透明器件制备方法，其特征在于，硼酸-二醇络合产生三角硼位点，其中B-O键可以以缔合或保守的方式进行动态交换，且溶液中开始生成气泡时，二醇与硼酸之间发生反应产生H2O，并逐渐生成网络，20min后应将温度降至室温以防止完全转化。
9.根据权利要求4所述的兼具自除冰、自清洁和自修复功能的透明器件制备方法，其特征在于，所述薄膜溶液沉积于所述超薄MXene多层膜的表面的厚度为2μm，其在真空干燥处理后的厚度为10nm。
10.一种根据上述权利要求1-9中任意一项所述的兼具自除冰、自清洁和自修复功能的透明器件所制备的透明器件，其特征在于，包括：
透明器件本体；
超薄MXene多层膜，设置于所述透明器件本体上，所述超薄MXene多层膜具有高透明度和光热转换性能；
无氟且可自修复超疏水薄膜，设置于所述超薄MXene多层膜上。
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2022
- 2022-04-20 CN CN202210416532.8A patent/CN114643178A/zh active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113773437A (zh) * | 2020-06-09 | 2021-12-10 | 吉林大学 | 含氟甲基丙烯酸酯聚合物、自清洁涂层及制备方法、应用 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 李想: ""功能化自修复超疏水/超双疏涂层的制备及性能研究"", 《博士电子期刊》 * |
| 李苗苗等: ""基于聚硼硅氧烷的自愈合光子晶体弹性体"", 《高分子学报》 * |
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