一种透明超疏水薄膜、其制备方法及应用技术

本发明专利技术涉及一种透明超疏水薄膜、其制备方法及应用，透明超疏水薄膜包括氧化锌薄膜及负载在氧化锌薄膜表面的十六烷基三甲氧基硅烷薄膜所述透明超疏水薄膜的厚度在500~1000nm，可见光透光率为50~90%，与水的接触角在165°以上，与水的滚动角在2°以下。其制备方法包括S1采用射频磁控溅射系统进行锌薄膜制备，然后进行锌薄膜退火处理，得到氧化锌薄膜；S2对S1得到的氧化锌薄膜进行修饰处理，得到透明超疏水薄膜。透明超疏水薄膜用于建筑外墙、车窗玻璃、光电器件或光学器件。该透明超疏水薄膜的表面具有纳米棒状结构，具有优异的超疏水性能、透光性能、自清洁性能和防雾性能，可提高在雨雪、大雾天气下玻璃表面的透光性及减少玻璃表面积污。

【技术实现步骤摘要】
一种透明超疏水薄膜、其制备方法及应用
本专利技术涉及透明超疏水薄膜制作
，具体涉及一种透明超疏水薄膜、基于磁控溅射技术制备透明超疏水薄膜的方法以及透明超疏水薄膜的应用。
技术介绍
超疏水表面因为具有优异的憎水性能，水滴能够轻易滚落并带走尘埃，因此具有自清洁性能。而透明超疏水表面由于具有高透明性能，有望在玻璃外墙、汽车玻璃、光伏组件表面等获得应用，利用其优异的憎水性能，使得上述表面具有自清洁性能，可以提高汽车行驶过程中挡风玻璃的视野清晰度、减少玻璃外墙的清洁工作量、提高光伏组件表面清洁度从而提高发电效率。超疏水表面的制备需要在表面形成微纳米级的凸起结构，同时采用低表面能的化学试剂进行修饰降低表面的自由能。研究指出要使得薄膜具有优异的透光性能，需要严格控制表面凸起尺寸，使得其粗糙度不超过可见光波长的1/4。因此，需要制备过程中严格控制好表面凸起结构的尺寸。一方面，超疏水性能的形成需要在表面形成较大的粗糙度，但是较大的粗糙度又会降低透光率，因此，在制备过程中有效控制表面凸起结构的尺寸，调控表面粗糙度至关重要。传统的制备透明超疏水表面的方法有溶胶-凝胶法、模板法、沉积法等。溶胶凝胶法和沉积法制备工艺复杂，且微观凸起结构往往不可控，膜基结合力较差。模板法需要预置模板，难以大面积应用。现有制备超疏水表面的方法具有以下问题：1、制备过程复杂，过程控制苛刻，薄膜一致性较差；2、膜基结合力不强，难以应用于建筑外墙、汽车玻璃表面等户外基体上。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述问题，本专利技术的第一个目的是提供一种透明超疏水薄膜。本专利技术的第二个目的是提供一种基于磁控溅射技术制备透明超疏水薄膜的方法。本专利技术的第三个目的是提供透明超疏水薄膜的应用。为实现上述第一个目的，本专利技术采用如下技术方案：一种透明超疏水薄膜，所述透明超疏水薄膜包括氧化锌薄膜及负载在所述氧化锌薄膜表面的十六烷基三甲氧基硅烷薄膜；所述透明超疏水薄膜的厚度在500~1000nm，可以选择500nm、530nm、550nm、580nm、600nm、630nm、650nm、680nm、700nm、730nm、750nm、780nm、800nm、830nm、850nm、870nm、900nm、930nm、950nm、970nm或1000nm，可见光透光率为50~90%，可以选择50%、60%、62%、65%、68%、70%、72%、75%、78%、80%、82%、85%或90%与水的接触角在165°以上，可以选165°、168°、170°、172°、175°或178°、与水的滚动角在2°以下，具体可以选择2°、1.8°、1.5°、1.2°、1.0°、0.8°或0.5°。十六烷基三甲氧基硅烷薄膜起化学修饰，降低表面的能量，其厚度在纳米级。作为改进，所述氧化锌薄膜的厚度在500~1000nm，具体可以选择500nm、530nm、550nm、580nm、600nm、630nm、650nm、680nm、700nm、730nm、750nm、780nm、800nm、830nm、850nm、870nm、900nm、930nm、950nm、970nm或1000nm。专利技术人经过多次试验和数据分析，发现厚度在800-1000nm的氧化锌薄膜，其表面的凸起结构高度较高，因此其粘接性、耐磨性以及防雾防冰性更好，另外，本专利技术中的限定的氧化锌薄膜滚动角在2°以下，也就是说水滴在起表面更容易滚动，其动态的超疏水性能更好，自洁性更好。为实现上述第二个目的，本专利技术采用如下技术方案：一种制备透明超疏水薄膜的方法，所述透明超疏水薄膜为上述中的透明超疏水薄膜；制备步骤包括：S1：采用射频磁控溅射系统进行锌薄膜制备，然后进行锌薄膜退火处理，得到氧化锌薄膜；S2：对S1得到的氧化锌薄膜进行修饰处理，得到透明超疏水薄膜。作为优选，S1中采用射频磁控溅射系统进行锌薄膜制备的步骤包括：S1a：将基底依次用丙酮、去离子水及无水乙醇超声清洗后，然后进行干燥处理；S1b：常温条件下，将干净的基底固定在磁控溅射镀膜腔室中，开启磁控溅射设备，抽真空，以锌靶作为溅射源，氩气作为工作气体，不添加其他反应气体，靶材预溅射后，打开挡板进行镀膜，沉积，得到负载在基底上表面的锌薄膜。基底可以选择普通玻璃、k9玻璃、镀有增透膜的玻璃、镀有导电膜的玻璃、镀有导电玻璃的普通玻璃等透明基体中的任意一种。作为改进，所述S1b中依次采用机械泵及分子泵将真空度抽低至4×10-3Pa，工作气体压强到0.5~1.5Pa，具体可以选择0.5Pa、0.8Pa、1.0Pa、1.1Pa、1.2Pa或1.5Pa，射频功率为150~170w，具体可以选择150W、152W、155W、158W、160W、162W、165W、168W或170W，溅射时间（或沉积时间）1~15min，具体可以选择1min、2min、3min、4min、5min、6min、7min、7.5min、8min、9min、10min、11min、12min、13min、14min或15min、。即溅射条件，真空度抽到4x10-3Pa以下，Ar为溅射气体，溅射压强0.5~1.5Pa，溅射时间1~15min。随后通入氮气，冷却后取出样品。专利技术人经过多次试验和数据分析，发现只有当真空度抽低至4×10-3Pa以下时，才能尽可能地减少磁控溅射镀膜腔室内残留的空气杂质对透明超疏水薄膜的影响。本专利技术在制备锌薄膜的过程中不需要加热，同时也不需要通入氧气进行氧化，因此本专利技术中的沉积时间非常短，只要1-5min即可。作为改进，S1中锌薄膜退火处理的步骤为S1c：将采用射频磁控溅射系统制备的锌薄膜样品取出后，放入马弗炉中由室温升温至400℃退火30min以上，使得溅射的薄膜退火氧化为稳定的氧化物，然后自然冷却。作为改进，所述马弗炉由室温升温至400℃的升温速率为10℃/min。本专利技术在马弗炉中对锌薄膜一次性退火，将锌全部氧化为稳定的氧化锌。本专利技术在锌薄膜制备时，不加温，不通氧气，直接使用锌靶作为溅射源进行溅射，因此需要的沉积时间短；在退火时，本专利技术将锌薄膜样品由常温直接加热到400℃，在退火过程中一次性的将锌氧化为稳定的氧化锌，退火过程更容易控制，而且锌氧化更彻底。作为改进，所述S2对氧化锌薄膜进行修饰处理过程为：将得到的氧化锌薄膜在常温、常压条件下，采用2wt.%的十六烷基三甲氧基硅烷的乙醇溶液浸泡修饰30min。自然干燥后即可。修饰液还可以选择其他氟化类修饰剂。本专利技术限定的氧化锌薄膜修饰步骤非常简单，修饰条件是常温和常压，不需要抽真空也不需要加热，只需要配置2wt.%的十六烷基三甲氧基硅烷溶液，然后将氧化锌薄膜浸泡修饰30min即可，修饰步骤控制简单，最后成品的品质更好保证。为实现上述第三个目的，本专利技术采用如下技术方案：上述透明超疏水薄膜用于建筑外墙、车窗玻璃、光电器件或光学器件。相对于现有技术，本专利技术至少具有如下优点：1、本专利技术提供的透明超疏水薄膜的表面具有纳米棒状结构，具有优异的超疏水性能和透光性能，同时还具有优异的防雾性能，可以显著提高在雨雪、大雾天气下玻璃表面的透光性。2、本专利技术提供的透明超疏水薄膜具有优异的耐酸碱腐蚀特性，对pH1~13的酸碱液体均具有优异的超疏水性能。3、本专利技术提供的透明超疏本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种透明超疏水薄膜，其特征在于：所述透明超疏水薄膜包括氧化锌薄膜及负载在所述氧化锌薄膜表面的十六烷基三甲氧基硅烷薄膜所述透明超疏水薄膜的厚度在500~1000nm，可见光透光率为50~90%，与水的接触角在165°以上，与水的滚动角在2°以下。

【技术特征摘要】
1.一种透明超疏水薄膜，其特征在于：所述透明超疏水薄膜包括氧化锌薄膜及负载在所述氧化锌薄膜表面的十六烷基三甲氧基硅烷薄膜所述透明超疏水薄膜的厚度在500~1000nm，可见光透光率为50~90%，与水的接触角在165°以上，与水的滚动角在2°以下。2.如权利要求1所述的透明超疏水薄膜，其特征在于：所述氧化锌薄膜的厚度在500~1000nm。3.一种制备透明超疏水薄膜的方法，其特征在于：所述透明超疏水薄膜为权利要求1或2中的透明超疏水薄膜；制备步骤包括：S1：采用射频磁控溅射系统进行锌薄膜制备，然后进行锌薄膜退火处理，得到氧化锌薄膜；S2：对S1得到的氧化锌薄膜进行修饰处理，得到透明超疏水薄膜。4.如权利要求3所述的制备透明超疏水薄膜的方法，其特征在于：S1中采用射频磁控溅射系统进行锌薄膜制备的步骤包括：S1a：将基底依次用丙酮、去离子水及无水乙醇超声清洗后，然后进行干燥处理；S1b：常温条件下，将干净的基底固定在磁控溅射镀膜腔室中，开启磁控溅射设备，抽真空，以锌靶作为溅射源，氩气作为工作气体，不添加其他反应气体，靶材预溅射后，打开挡板进...

【专利技术属性】
技术研发人员：左志平，廖瑞金，杨丽君，孙跃，王智慧，唐春森，袁媛，郭超，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50