CN115430595A - 一种可使微小液体聚集并自动脱离的材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可使微小液体聚集并自动脱离的材料及其制备方法，属于功能材料领域。本发明中制备可使微小液体聚集并自动脱离的材料的方法，包括如下步骤：(1)在固体材料表面构筑柱状微结构，得到含有柱状微结构的材料；其中，柱状微结构包括圆柱状微结构和棱柱状微结构；圆柱状微结构的底面直径为50‑200μm，柱高度为400‑1200μm，柱间隔为400‑1200μm；棱柱状微结构的底面顶点间最大距离为50‑200μm，柱高度为400‑1200μm，柱间隔为400‑1200μm；(2)采用低表面能物质对含有柱状微结构的材料进行低表面能处理，得到可使微小液体聚集并自动脱离的材料。本发明的材料不仅能阻拒大体积液体而且能有效汇集微小液滴并使其自动脱离。
Description
技术领域
本发明涉及一种可使微小液体聚集并自动脱离的材料及其制备方法，属于功能材料领域。
背景技术
随着科学技术的进步，可使液体聚集并自动脱离的材料得到开发和应用。常规的疏水/疏油功能性材料是通过增大材料表面粗糙度并处理低表面能物质来达到拒阻效果。但具有该功能的材料主要针对大体积的液滴(液滴直径＞1mm)，但对于微小液滴(液滴直径一般为0.001-100μm)，这些材料会失去拒阻效果。因为微小体积的液滴沉积到其表面后汇集形成润湿层，液体和固体接触面积大，导致其难以脱离材料表面，给人们生活带来不便。
截至目前，科学界对可阻抗普通体积液体的材料(疏水/疏油)进行了较多的理论研究，相应产品在诸多领域得到了应用，但是对能使微小液体聚集并自动脱离的材料的理论研究及生产鲜有报道。
发明内容
为了解决上述问题，本发明通过在材料表面构筑具有一定高度、直径及分布密度的圆柱、棱柱微结构，并调整材料表面的表面能，制备得到了可以有效聚集微小液滴且聚集液极易脱离其表面的材料。
本发明的第一个目的是提供一种制备可使微小液体聚集并自动脱离的材料的方法，包括如下步骤：
(1)材料表面构筑微结构：
在固体材料表面构筑柱状微结构，得到含有柱状微结构的材料；其中，柱状微结构包括圆柱状微结构和棱柱状微结构；圆柱状微结构的底面直径为50-200μm，柱高度为400-1200μm，柱间隔为400-1200μm；棱柱状微结构的底面顶点间最大距离为50-200μm，柱高度为400-1200μm，柱间隔为400-1200μm；
(2)低表面能处理：
采用低表面能物质对步骤(1)中的含有柱状微结构的材料进行低表面能处理，得到可使微小液体聚集并自动脱离的材料。
在本发明的一种实施方式中，步骤(1)所述的固体材料包括金属、合金、硅、聚四氟乙烯、聚酯、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯等中的一种。
在本发明的一种实施方式中，步骤(1)所述的构筑柱状微结构的方法包括电感耦合等离子体(ICP)深度硅刻蚀法、线火花切割法、激光刻蚀法等中的一种。
在本发明的一种实施方式中，步骤(2)所述的低表面能物质包括含氟和烷烃类低表面能物质；其中，含氟低表面能物质包括聚四氟乙烯类乳液(固含量为20-60％)、全氟烷基类三氯硅烷、含氟聚氨酯类拒水乳液(固含量为10-50％)、含氟聚丙烯酸酯类拒水乳液(固含量为10-50％)等中的一种或几种；无氟类低表面能物质包括有机硅类拒水乳液(固含量为10-50％)、丙烯酸酯类拒水乳液(固含量为10-50％)、聚氨酯改性丙烯酸酯类拒水乳液(固含量为10-50％)等中的一种或几种。
在本发明的一种实施方式中，步骤(2)所述的低表面能处理是通过喷涂法或气相沉积法进行处理；其中，喷涂法中喷涂的用量为0.01-0.1mL/cm2，喷涂之后自然晾干；气相沉积法中沉积的厚度为0.5-5μm。
本发明的第二个目的是本发明所述的方法制备得到的可使微小液体聚集并自动脱离的材料。
本发明的第三个目的是本发明所述的可使微小液体聚集并自动脱离的材料在制备功能材料中的应用。
在本发明的一种实施方式中，所述的功能材料包括微电子元件、微控设备、集雾设备、防润湿设备、防水设备、建筑材料外层和汽车玻璃的防水层。
本发明的第四个目的是提供一种可以有效抵抗有毒有害小液滴在材料表面沉积的方法，所述的方法采用了本发明所述的可使微小液体聚集并自动脱离的材料。
在本发明的一种实施方式中，所述的有毒有害小液滴包括喷雾农药。
本发明的第五个目的是提供一种玻璃除雾和除雨滴的方法，所述的方法采用了本发明所述的可使微小液体聚集并自动脱离的材料。
本发明的第六个目的是提供一种利用昼夜温差的水汽冷凝效应收集环境中水分的方法，所述的方法采用了本发明所述的可使微小液体聚集并自动脱离的材料。
本发明的有益效果：
(1)本发明通过在材料表面合理布局直径、高度、分布密度一定的柱状微结构，并降低材料和柱状结构的表面能量，得到了不仅能阻拒大体积液体而且能有效汇集微小液滴并使其自动脱离的材料。
(2)本发明制备得到的材料可使微小液体聚集并自动脱离。在雨天或雾天环境中，微小液滴在车辆的玻璃或者建筑物的玻璃表面覆盖，由于每个独立小液滴对光线的散射导致材料的可透视度降低，严重影响驾驶人和建筑内人员的视觉效果。本发明制备的材料在雨天或雾气环境中，可以有效的使其表面的小液滴汇集成大体积液滴，且液滴易于滚动脱离材料表面。
(3)本发明制备得到的可使微小液体聚集并自动脱离的材料，可以有效的汇集雾气环境中的水分，可适用于缺水干旱地区；也可以利用昼夜温差的水汽冷凝效应，高效收集环境中的水分。
附图说明
图1：圆柱状结构在材料表面的分布示意图。
图2：微小液滴在圆柱状结构在材料表面的自发聚集示意图。
图3：通过深度硅刻蚀法得到的硅板表面的光学影像。
图4：俯视角度拍摄的圆柱结构。
图5：硅板表面的微纳米结构。
图6：微小液滴在可以有效汇集微液滴并自动排出的材料表面形成聚集液的照片。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解实施例是为了更好地解释本发明，不用于限制本发明。
测试方法：
1、集水率的测试：将直径为4英寸的样品置于倾斜45°的同等尺寸样品台，距离材料最下端5cm处垂直放置试管，在环境温度为25℃条件下，以加湿器(YC-D205 YaDu)施加微小液滴，加湿速度为5mL/min，加湿10min后，测量试管前后重量的变化。
以下式(1)计算集水率C1：
其中，W0为试管集水前质量(g)，W1为试管集水后质量(g)。
2、增重率的测试：将直径为4英寸的样品固定在倾斜45°的同等尺寸样品台，置于体积为40cm×30cm×30cm的亚克力密封箱中，在环境温度为25℃条件下，加湿器(YC-D205YaDu)通过预留孔向箱内施加微小液滴，加湿速度为5mL/min，加湿10min后，测试样品前后重量的变化。
以下式(2)计算样品增重率C2：
其中，W0′为样品测试前重量(g)，W1′是样品测试后重量(g)。
实施例1
一种制备可使微小液体聚集并自动脱离的材料的方法，包括如下步骤：
(1)材料表面构筑微结构：
采用电感耦合等离子体(ICP)深度硅刻蚀法，在硅板表面刻蚀圆柱状结构，得到含有圆柱状微结构的硅板；其中，圆柱底面直径为50μm、高度为400μm、柱间隔为400μm。
(2)低表面能处理：
采用喷涂法，将全氟辛基三氯硅烷喷涂到步骤(1)的含有圆柱状微结构的硅板表面，喷涂的用量为0.01mL/cm2；喷涂之后自然晾干，得到可使微小液体聚集并自动脱离的材料。
实施例2
调整实施例1步骤(2)中的喷涂法为气相沉积法，具体是将全氟辛基三氯硅烷置于样品室，标准大气压下，190℃沉积30min，沉积的厚度为0.5μm，其他和实施例1保持一致，得到可使微小液体聚集并自动脱离的材料。
实施例3
调整实施例1步骤(2)中全氟辛基三氯硅烷为聚四氟乙烯乳液(OKS德国571)、含氟聚氨酯拒水乳液(TF-5548A)、含氟聚丙烯酸酯拒水乳液(TF-5501)、有机硅类拒水乳液(TX-3001)、丙烯酸酯类拒水乳液(TranWRTF-5910A)、聚氨酯改性丙烯酸酯类拒水乳液(UNIDYNEXF-5013C)；其他和实施例1保持一致，得到可使微小液体聚集并自动脱离的材料。
将得到的可使微小液体聚集并自动脱离的材料进行性能测试，测试结果如表1：
表1不同低表面能物处理方法及物质制备材料的测试结果
注：微小液滴是在25℃，1个标准大气压下，以5g/min施加微小液滴(直径0.001-100μm)，加湿10min；10μL水滴是滴加一滴10μL的水滴。
从表1可以看出：仅改变低表面能处理过程中低表面能物质的种类和处理方法，其他制备参数不变的情况下，采用本发明制备的材料，不仅能够抵抗大体积水滴的润湿(10μL水滴在其表面形成水珠)，还可以使微小液滴汇集成水珠，不形成液体润湿层。
在25℃，1个标准大气压下，以5g/min施加微小液滴条件下，检测可聚集微小液滴并自动脱离的材料的集水、增重性能。发现：本发明所制备的材料在集水率和在雾气环境中的增重率略有差异，其中使用气相沉积法得到的材料(实施例2)比使用喷涂法得到的材料(实施例1)的集水率略高、增重率略低(所集水脱离了材料)；采用全氟辛基三氯硅烷(实施例1)、聚四氟乙烯乳液(OKS德国571)、含氟聚氨酯拒水乳液(TF-5548A)、含氟聚丙烯酸酯拒水乳液(TF-5501)、有机硅类拒水乳液(TX-3001)、丙烯酸酯类拒水乳液(TranWRTF-5910A)、聚氨酯改性丙烯酸酯类拒水乳液(UNIDYNE XF-5013C)得到的材料的集水率、增重率有差异是因为这些低表能物质本身在降低材料表面能上略有差异。尽管采用不同低表面能物质处理后依据本发明的方法制备的材料性能略有差异，但其都能阻拒微小体积液体(液体气溶胶)的润湿且具有较好的集水性、较低的增重性。
实施例4
调整实施例1步骤(1)中的硅板为不锈钢板、铝合金板、聚酯板、聚丙烯板，其他步骤和实施例1保持一致，得到可使微小液体聚集并自动脱离的材料。
将得到的可使微小液体聚集并自动脱离的材料进行性能测试，测试结果如表2：
表2不同材料的测试结果
注：微小液滴是在25℃，1个标准大气压下，以5g/min施加微小液滴(直径0.001-100μm)，加湿10min；10μL水滴是滴加一滴10μL的水滴。
从表2可以看出：按照实施例1仅改变材料种类，其他制备参数不变的情况下，本发明制备的材料，不仅能够抵抗大体积水滴的润湿(10μL水滴在其表面形成水珠)，还可以使微小液滴汇集成水珠，不形成液体润湿层。
在25℃，1个标准大气压下，以5g/min施加微小液滴条件下，检测材料的集水、增重性能，发现：本发明所制备材料的集水率、增重率略有差异，但其都能阻拒微小体积液体(液体气溶胶)的润湿且具有较好的集水性、较低的增重性。
实施例5
调整实施例1步骤(1)中圆柱状微结构的参数如表3，其他和实施例1保持一致，得到可使微小液体聚集并自动脱离的材料。
表3圆柱结构参数
将得到的可使微小液体聚集并自动脱离的材料进行性能测试，测试结果如表4：
表4不同圆柱结构参数材料的测试结果
注：微小液滴是在25℃，1个标准大气压下，以5g/min施加微小液滴(直径0.001-100μm)，加湿10min；10μL水滴是滴加一滴10μL的水滴。
从表4可以看出，改变微结构圆柱的参数所获得的材料，不仅能够抵抗大体积水滴的润湿(10μL水滴在其表面形成水珠)，还可以使微小液滴汇集成水珠，不形成液体润湿层。
在25℃，1个标准大气压下，以5g/min施加微小液滴条件下，检测材料的集水、增重性能，发现：本发明所制备材料的集水率、增重率略有差异，但其都能阻拒微小液滴(液体气溶胶)的润湿且具有较好的集水性、较低的增重性。
实施例6
调整实施例1步骤(1)中圆柱状微结构为棱柱状微结构，参数如表5，其他和实施例1保持一致，得到可使微小液体聚集并自动脱离的材料。
表5棱柱结构参数
注：底面顶点间最大距离是指底面任意一个顶点到最远的顶点的距离称为顶点间最大距离。
将得到的可使微小液体聚集并自动脱离的材料进行性能测试，测试结果如表6：
表6不同棱柱结构参数材料的测试结果
注：微小液滴是在25℃，1个标准大气压下，以5g/min施加微小液滴(直径0.001-100μm)，加湿10min；10μL水滴是滴加一滴10μL的水滴。
从表6可以看出，改变微结构圆柱为棱柱，且调整参数所获得的材料，不仅能够抵抗大体积水滴的润湿(10μL水滴在其表面形成水珠)，还可以使微小液滴汇集成水珠，不形成液体润湿层。
在25℃，1个标准大气压下，以5g/min施加微小液滴条件下，检测材料的集水、增重性能，发现：本发明所制备材料的集水率、增重率略有差异，但其都能阻拒微小液滴(液体气溶胶)的润湿且具有较好的集水性、较低的增重性。
实施例7
调整实施例1步骤(1)中电感耦合等离子体(ICP)深度硅刻蚀法为线火花切割法、激光刻蚀法，其他和实施例1保持一致，得到可使微小液体聚集并自动脱离的材料。
将得到的可使微小液体聚集并自动脱离的材料进行性能测试，测试结果如表7：
从表7可以看出：按照实施例1仅改变制备圆柱微结构的方法，其他制备参数不变的情况下，本发明制备的材料，不仅能够抵抗大体积水滴的润湿(10μL水滴在其表面形成水珠)，还可以使微小液滴汇集成水珠，不形成液体润湿层。
在25℃，1个标准大气压下，以5g/min施加微小液滴条件下，检测材料的集水、增重性能，发现：本发明所制备材料的集水率、增重率略有差异，但其都能阻拒微小体积液体(液体气溶胶)的润湿且具有较好的集水性、较低的增重性。
表7不同方法构筑微结构材料的测试结果
注：微小液滴是在25℃，1个标准大气压下，以5g/min施加微小液滴(直径0.001-100μm)，加湿10min；10μL水滴是滴加一滴10μL的水滴。
对比例1
调整实施例1中圆柱状微结构的参数，如表8中对比例1，其他和实施例1保持一致。
对比例2
调整实施例1中圆柱状微结构的参数，如表8中对比例2，其他和实施例1保持一致。
对比例3
调整实施例1中圆柱状微结构的参数，如表8中对比例3，其他和实施例1保持一致。
表8对比例1-3的结构参数
对比例4
省略实施例1中的步骤(2)，直接采用实施例1步骤(1)得到的含有圆柱状微结构的硅板，其他和实施例1保持一致。
对比例5
省略实施例1中的步骤(1)，直接将硅板采用步骤(2)的方法进行低表面能处理，其他和实施例1保持一致。
将对比例1-5得到的材料进行性能测试，测试结果如下表9：
从表9可以看出：按照实施例1对材料表面进行微结构化和低表面能处理，所制备材料不仅能够抵抗大体积水滴的润湿(10μL水滴在其表面形成水珠)，还可以使微小液滴汇集成水珠，不形成液体润湿层。
按照实施例1对材料表面构筑柱状结构并处理低表面能，但圆柱形结构的尺寸参数超出本发明提供范围(对比例1-3)，所得材料仅对大体积水滴具有阻拒功能，无法阻拒微小体积液体(液体气溶胶)，同时其集水率较低，吸收微小液滴增重较大；
按照实施例1对材料表面构筑柱状结构(对比例4)，所得材料表面对任何体积的水都没有阻拒功能。另外，对于施加的微小液滴，其集水能力差，增重严重，材料表面被微小液滴润湿；
按照实施例1仅对材料处理低表面能而不在其表面构筑柱状结构(对比例5)所得材料基板，仅能抵抗大体积水滴的润湿(10μL)，不能阻拒微小体积液体(液体气溶胶)，会完全润湿，材料增重率较大，且缺乏集水能力。
表9不同材料测试结果
注：微小液滴是在25℃，1个标准大气压下，以5g/min施加微小液滴(直径0.001-100μm)，加湿10min；10μL水滴是滴加一滴10μL的水滴。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。
Claims (10)
1.一种制备可使微小液体聚集并自动脱离的材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)材料表面构筑微结构：
在固体材料表面构筑柱状微结构，得到含有柱状微结构的材料；其中，柱状微结构包括圆柱状微结构和棱柱状微结构；圆柱状微结构的底面直径为50-200μm，柱高度为400-1200μm，柱间隔为400-1200μm；棱柱状微结构的底面顶点间最大距离为50-200μm，柱高度为400-1200μm，柱间隔为400-1200μm；
(2)低表面能处理：
采用低表面能物质对步骤(1)中的含有柱状微结构的材料进行低表面能处理，得到可使微小液体聚集并自动脱离的材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述的构筑柱状微结构的方法包括电感耦合等离子体(ICP)深度硅刻蚀法、线火花切割法、激光刻蚀法等中的一种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述的低表面能处理是通过喷涂法或气相沉积法进行处理；其中，喷涂法中喷涂的用量为0.01-0.1mL/cm2，喷涂之后自然晾干；气相沉积法中沉积的厚度为0.5-5μm。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述的固体材料包括金属、合金、硅、聚四氟乙烯、聚酯、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯等中的一种。
5.权利要求1-4任一项所述的方法制备得到的可使微小液体聚集并自动脱离的材料。
6.权利要求5所述的可使微小液体聚集并自动脱离的材料在制备功能材料中的应用。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述的功能材料包括微电子元件、微控设备、集雾设备、防润湿设备、防水设备、建筑材料外层和汽车玻璃的防水层。
8.一种可以有效抵抗有毒有害小液滴在材料表面沉积的方法，其特征在于，所述的方法采用了权利要求5所述的可使微小液体聚集并自动脱离的材料。
9.一种玻璃除雾和除雨滴的方法，其特征在于，所述的方法采用了权利要求5所述的可使微小液体聚集并自动脱离的材料。
10.一种利用昼夜温差的水汽冷凝效应收集环境中水分的方法，其特征在于，所述的方法采用了权利要求5所述的可使微小液体聚集并自动脱离的材料。
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1693597A (zh) * | 2005-06-08 | 2005-11-09 | 北京科技大学 | 一种具有高凝水率表面的集水器 |
| US20130227972A1 (en) * | 2010-01-28 | 2013-09-05 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Patterned superhydrophobic surfaces to reduce ice formation, adhesion, and accretion |
| CN204609165U (zh) * | 2015-05-11 | 2015-09-02 | 武汉大学 | 一种高性能集水除雾外墙面砖 |
| CN110170747A (zh) * | 2019-06-24 | 2019-08-27 | 吉林大学 | 一种仿生耦合集水铝合金防冰表面的制备方法 |
| CN110408933A (zh) * | 2019-07-05 | 2019-11-05 | 南京理工大学 | 一种具有图案化亲/疏水区协同集水的表面及制备方法 |
| CN111792615A (zh) * | 2020-07-17 | 2020-10-20 | 电子科技大学 | 一种通过微结构保护的疏水材料及其制备方法和应用 |
-
2022
- 2022-09-09 CN CN202211103502.8A patent/CN115430595A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1693597A (zh) * | 2005-06-08 | 2005-11-09 | 北京科技大学 | 一种具有高凝水率表面的集水器 |
| US20130227972A1 (en) * | 2010-01-28 | 2013-09-05 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Patterned superhydrophobic surfaces to reduce ice formation, adhesion, and accretion |
| CN204609165U (zh) * | 2015-05-11 | 2015-09-02 | 武汉大学 | 一种高性能集水除雾外墙面砖 |
| CN110170747A (zh) * | 2019-06-24 | 2019-08-27 | 吉林大学 | 一种仿生耦合集水铝合金防冰表面的制备方法 |
| CN110408933A (zh) * | 2019-07-05 | 2019-11-05 | 南京理工大学 | 一种具有图案化亲/疏水区协同集水的表面及制备方法 |
| CN111792615A (zh) * | 2020-07-17 | 2020-10-20 | 电子科技大学 | 一种通过微结构保护的疏水材料及其制备方法和应用 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 吴健: "《随机介质中的光传播理论》", 成都电讯工程学院出版社, pages: 39 * |
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