一种超疏水耐磨涂层及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种超疏水耐磨涂层及其制备方法与应用。所述超疏水耐磨涂层包括依次形成于基体表面的氧化锌层、氧化铝层及氟碳有机层；所述氧化锌层具有多孔结构，所述氧化铝层具有致密结构。本发明专利技术制备的超疏水耐磨涂层包含多孔结构的氧化锌层、致密结构的氧化铝层以及低表面能的氟碳有机层，使得该涂层整体具有优异的疏水耐磨性；同时本发明专利技术提供的方法操作方便，工艺可控，有利于产业化，在防污防护领域有良好的应用前景。有良好的应用前景。有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种超疏水耐磨涂层及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于表面防护
，具体涉及一种超疏水耐磨涂层及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]润湿性是固体表面的重要特征，可以用固体表面与液体的接触角来衡量，通常将水接触角大于150
°
的材料称为超疏水材料。自然界中的物质，如荷叶、蜻蜓翅膀、水稻的叶片等都具有超疏水表面。对固体进行超疏水表面改性，能够赋予材料许多优异的性能，例如将超疏水材料用于室外天线、卫星接收器的表面，可避免积雪造成的通讯质量变差或中断；用在轮船、潜水艇的外壳，不但能降低水的阻力，还能达到防污、防腐的功效；用在石油输送管道内壁、微量注射器针尖能防止粘附、堵塞，减少损耗和污染；用在汽车、卫浴、电子等装饰产品表面，能够防污损并提高耐腐蚀性能。
[0003]根据热力学规律，表面能高的物质无法在表面能低的物质表面铺展开，固体表面水润湿特性与自由能密切相关，水在比其表面能低的固体表面会尽量收缩，表现出疏水性，固体表面自由能越低，疏水性越强。因此目前常用的疏水表面改性方法是在材料表面涂覆低表面能有机涂层，从而达到疏水效果，然而难以获得超疏水表面。提高材料表面微观粗糙度，有利于提高材料表面的疏水性，如采用等离子体刻蚀技术，在低自由能材料表面形成疏松多孔结构，有利于获得超疏水，但上述结构通常耐磨性能差，经外力作用如刮擦、磨损后很容易丧失疏水效果；因此，开发一种超疏水耐磨涂层是亟待解决的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的在于提供一种超疏水耐磨涂层及其制备方法与应用，以克服现有技术的不足。
[0005]为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：
[0006]本专利技术实施例提供了一种超疏水耐磨涂层，其包括依次形成于基体表面的氧化锌层、氧化铝层及氟碳有机层；所述氧化锌层具有多孔结构，所述氧化铝层具有致密结构。
[0007]本专利技术实施例还提供了前述的超疏水耐磨涂层的制备方法，其包括：
[0008]提供基体；
[0009]采用直流磁控溅射技术，以保护性气体和氧气为工作气体，在所述基体表面沉积形成氧化锌层；
[0010]采用高功率脉冲磁控溅射技术，以保护性气体和氧气为工作气体，在所述氧化锌层表面沉积形成氧化铝层；
[0011]以及，采用等离子体增强化学气相沉积技术，以含氟有机气体为工作气体，在所述氧化铝层表面沉积形成氟碳有机层，从而形成超疏水耐磨涂层。
[0012]本专利技术实施例还提供了前述超疏水耐磨涂层于基体表面防污防护领域的用途。
[0013]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0014](1)本专利技术通过在基体表面制备包含多孔氧化锌层，致密氧化铝层，氟碳有机层的三层结构，通过粗糙多孔结构与低表面能的氟碳有机层相结合的方式，能够使基体获得水接触角大于150
°
，滚到角接近0
°
的超疏水表面；并且由于致密氧化铝层的存在，该超疏水表面具有优异的耐磨性，经过纸带摩擦500次后仍维持原始的超疏水特性；
[0015](2)本专利技术采用直流磁控溅射技术制备氧化锌层，通过优化保护性气体(氩气)和氧气的配比以及直流溅射源功率密度，获得多孔结构的氧化锌层；采用高功率脉冲磁控溅射技术在多孔氧化锌层表面制备氧化铝层，通过优化高功率脉冲电源参数以及保护性气体(氩气)和氧气的配比，获得结构致密的氧化铝层，增强了底层多孔氧化锌层的耐磨性；采用等离子体增强化学气相沉积技术沉积氟碳有机层，根据润湿性理论，低表面能的固体具有优异的疏水性，根据Cassie理论模型，固体表面粗糙度越大，疏水性越强，因此低表面能涂层与粗糙表面相结合，将获得超疏水特性；所述氧化锌层、氧化铝层、氟碳有机层的制备均采用真空镀膜技术，基体使用范围广，避免了使用化学溶液或有机涂料，绿色环保，并且涂层能够在同一台真空设备中制备完成，操作方便，工艺可控，有利于产业化。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017]图1a
‑
图1b分别是本专利技术实施例1和对比例1制备的氧化锌层表面形貌图；
[0018]图2a
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图2b分别是本专利技术实施例1和对比例1制备的具有三层结构涂层摩擦前的表面水接触角；
[0019]图3a
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图3b分别是本专利技术实施例1和对比例3制备的具有三层结构涂层摩擦前的表面水接触角。
具体实施方式
[0020]鉴于现有技术的缺陷，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案，下面将对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0021]本专利技术实施例的一个方面提供了一种超疏水耐磨涂层，其包括依次形成于基体表面的氧化锌层、氧化铝层及氟碳有机层；所述氧化锌层具有多孔结构，所述氧化铝层具有致密结构。
[0022]进一步的，所述氧化锌层的孔隙率为70％～85％，孔径为0.5～3μm。
[0023]在一些较为具体的实施方案中，所述氧化锌层的厚度为2000～4000nm。
[0024]进一步的，所述氧化铝层的厚度为50～100nm。
[0025]进一步的，所述氟碳有机层的厚度为20～50nm。
[0026]在一些较为具体的实施方案中，所述超疏水耐磨涂层表面与水的接触角大于150
°
，滚动角为0～5
°
。
[0027]进一步的，所述超疏水耐磨涂层表面经过纸带摩擦500次后，与水的接触角大于150
°
。
[0028]本专利技术实施例的另一个方面还提供了前述的超疏水耐磨涂层的制备方法，其包括：
[0029]提供基体；
[0030]采用直流磁控溅射技术，以保护性气体和氧气为工作气体，在所述基体表面沉积形成氧化锌层；
[0031]采用高功率脉冲磁控溅射技术，以保护性气体和氧气为工作气体，在所述氧化锌层表面沉积形成氧化铝层；
[0032]以及，采用等离子体增强化学气相沉积技术，以含氟有机气体为工作气体，在所述氧化铝层表面沉积形成氟碳有机层，从而形成超疏水耐磨涂层。
[0033]在一些较为具体的实施方案中，沉积形成所述氧化锌层的方法具体包括：将基体置于反应腔体中，采用直流磁控溅射技术，以锌靶为靶材，以保护性气体和氧气为工作气体，对基体施加脉冲负偏压，从而在基体表面沉积形成所述氧化锌层，其中，直流溅射源的功率密度为3～5W/cm2，腔体气压为0.2～0.3Pa，脉冲负偏压为<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超疏水耐磨涂层，其特征在于包括依次形成于基体表面的氧化锌层、氧化铝层及氟碳有机层；所述氧化锌层具有多孔结构，所述氧化铝层具有致密结构；优选的，所述氧化锌层的孔隙率为70％～85％，孔径为0.5～3μm。2.根据权利要求1所述的超疏水耐磨涂层，其特征在于：所述氧化锌层的厚度为2000～4000nm；和/或，所述氧化铝层的厚度为50～100nm；和/或，所述氟碳有机层的厚度为20～50nm；和/或，所述超疏水耐磨涂层表面与水的接触角大于150
°
，滚动角为0～5
°
；优选的，所述超疏水耐磨涂层表面经过纸带摩擦500次后，与水的接触角大于150
°
。3.如权利要求1或2所述的超疏水耐磨涂层的制备方法，其特征在于包括：提供基体；采用直流磁控溅射技术，以保护性气体和氧气为工作气体，在所述基体表面沉积形成氧化锌层；采用高功率脉冲磁控溅射技术，以保护性气体和氧气为工作气体，在所述氧化锌层表面沉积形成氧化铝层；以及，采用等离子体增强化学气相沉积技术，以含氟有机气体为工作气体，在所述氧化铝层表面沉积形成氟碳有机层，从而形成超疏水耐磨涂层。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，沉积形成所述氧化锌层的方法具体包括：将基体置于反应腔体中，采用直流磁控溅射技术，以锌靶为靶材，以保护性气体和氧气为工作气体，对基体施加脉冲负偏压，从而在基体表面沉积形成所述氧化锌层，其中，直流溅射源的功率密度为3～5W/cm2，腔体气压为0.2～0.3Pa，脉冲负偏压为
‑
50V～
‑
100V，氧气与保护性气体的流量比为1:2～1:4，工作温度为25～50℃，沉积时间为10～15min。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，沉积形成所述氧化铝层的方法具体包括：采用高功率脉冲...

【专利技术属性】
技术研发人员：张栋，汪爱英，卢小伟，柯培玲，陈仁德，王应泉，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：