一种透明超疏水除冰涂层及其制备方法和用途技术

本发明专利技术提供了一种透明超疏水除冰涂层及其制备方法和用途。所述除冰涂层包括载体和超疏水层；所述超疏水层位于所述载体上，所述超疏水层具有聚二甲基硅氧烷微米颗粒和金属氧化物纳米颗粒形成的微纳结构。本发明专利技术通过利用在可见光区高透过的微米颗粒和纳米颗粒构筑微纳结构，形成兼具透明性和超疏水性能的表面。为丰富超疏水表面、实现高效除冰提供了更多的可能性。本发明专利技术的除冰涂层能够满足超疏水性能的同时保持较高的透明度，这种高度透明的超疏水除冰涂层还可以使水滴滚落并冲走灰尘颗粒，使其在望远镜透镜、窗户、挡风玻璃、电子显示器和太阳能电池等各个领域显示出潜在的应用前景。应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种透明超疏水除冰涂层及其制备方法和用途


[0001]本专利技术属于透明超疏水除冰
，具体涉及一种透明超疏水除冰涂层及其制备方法和用途。

技术介绍

[0002]低温高湿环境下积冰与覆冰的发生和堆积，会给道路交通、电力运输、航空运载、风力发电等行业带来严重的破坏，甚至危害生命和造成严重的财产损失。在电力运输行业中，覆冰带来的破坏尤其显著。冰的堆积极大地增加了电线的重量，会造成导线断裂、塔杆扭曲甚至倒塌。针对表面的积冰和覆冰，传统的除冰方式主要为主动除冰的热力融冰、机械除冰。这些方式操作难，能耗高，容易对设备产生较大的损伤。
[0003]超疏水表面可以延缓表面冰晶的形成而被用作防冰表面，被寄期望于实现抑制或防止表面覆冰的形成以及有效脱除表面积冰。原因在于超疏水表面对水具有非常好的排斥效果，具有较高的水接触角和较低的滚动角，使水在表面滚落防止水的粘附。但是构造超疏水表面的微纳结构会损失涂层的透明性，使得获得的涂层很难在满足超疏水性能的同时保持较高的透明度。

技术实现思路

[0004]为了改善现有技术的不足，本专利技术提供一种透明超疏水除冰涂层及其制备方法和用途。本专利技术的除冰涂层能够满足超疏水性能的同时保持较高的透明度，这种高度透明的超疏水除冰涂层不仅可以使水滴滚落并冲走灰尘颗粒，还可以实现涂层表面的高效除冰，使其在望远镜透镜、窗户、挡风玻璃、电子显示器和太阳能电池等各个领域显示出潜在的应用前景。
[0005]本专利技术目的是通过如下技术方案实现的：
[0006]一种透明超疏水除冰涂层，所述除冰涂层包括载体和超疏水层；所述超疏水层位于所述载体上，所述超疏水层具有聚二甲基硅氧烷微米颗粒和金属氧化物纳米颗粒形成的微纳结构。
[0007]根据本专利技术的实施方式，所述载体的厚度没有特别的定义，可以根据其使用环境进行合理的选择，示例性地，所述载体的厚度为1
‑
10mm。
[0008]根据本专利技术的实施方式，所述载体为透明材质；示例性地，所述载体为玻璃。
[0009]根据本专利技术的实施方式，所述超疏水层的厚度为2
‑
6μm，例如为2μm、3μm、4μm、5μm或6μm。
[0010]根据本专利技术的实施方式，所述聚二甲基硅氧烷微米颗粒的粒径为1
‑
10μm，例如为1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm或10μm。
[0011]根据本专利技术的实施方式，所述金属氧化物纳米颗粒的中值粒径为50nm
‑
500nm，例如为50nm、100nm、150nm、200nm、250nm、300nm、350nm、400nm、450nm或500nm。
[0012]根据本专利技术的实施方式，所述金属氧化物纳米颗粒例如为氧化锌(ZnO)或氧化锡
(SnO)。
[0013]根据本专利技术的实施方式，所述氧化锌(ZnO)或氧化锡(SnO)带隙波长比可见范围400
‑
700nm短，有助于减少可见范围吸收，在可见光区，光透过率接近90％，具有低折射率对可见光的高透过率(最大限度地减少反射率)。
[0014]根据本专利技术的实施方式，所述聚二甲基硅氧烷微米颗粒和金属氧化物纳米颗粒的质量比为1:5
‑
30，例如为1:5、1:8、1:10、1:15、1:20、1:25或1:30。
[0015]根据本专利技术的实施方式，所述微纳结构是一种无序微纳结构，所述无序微纳结构是指结构的组成单元(微米尺度和/或纳米尺度的凸起结构)以一种无规则的方式排列。
[0016]根据本专利技术的实施方式，所述微纳结构是指凸出于载体表面平面的微米尺度和/或纳米尺度的凸起结构，所述微米尺度和/或纳米尺度的凸起结构是聚二甲基硅氧烷微米颗粒和金属氧化物纳米颗粒形成的。其中，所述微米尺度是指1微米～10微米；所述纳米尺度是指小于1微米的纳米尺寸，例如50纳米～500纳米。
[0017]根据本专利技术的实施方式，所述透明超疏水除冰涂层具有超疏水的特性，对水具有较高的接触角和低接触滞后，能够减少表面积水的形成。具体的，所述透明超疏水除冰涂层对水的接触角大于等于150
°
。
[0018]根据本专利技术的实施方式，所述透明超疏水除冰涂层具有透明的特性，其在紫外
‑
可见
‑
近红外光下(250nm
‑
2500nm)的透过率大于等于82％。
[0019]根据本专利技术的实施方式，所述透明超疏水除冰涂层中包括具有微纳结构的超疏水层，空气会被截留在超疏水层的微纳结构内，使得超疏水层表面的水与超疏水层的接触面积变小。被捕获的空气、水滴与超疏水层表面之间的相互作用被最小化，并且当表面稍微倾斜时，水滴更容易在超疏水层表面上进行滑动，而且使从超疏水层表面去除水滴的能量屏障降低。因此，沉积的水滴可以在冻结前通过重力从零下的疏水表面中去除，进而实现了除水的目的。
[0020]不仅如此，超疏水层的表面可以去除融化的水或雨水，立即留下干燥的表面；因此，可以避免融化的水的反射和热质量，从而大大减少热损失。灰尘和其他污染物很容易被融化的水或雨水冲走，留下一个干净的表面，防止阳光的遮挡和散射，从而有利于保持长期的高光热效率。
[0021]本专利技术还提供上述透明超疏水除冰涂层的制备方法，所述方法包括如下步骤：
[0022]1)在烧结容器内加入聚二甲基硅氧烷，并将载体放置在烧结容器顶部，将装有聚二甲基硅氧烷的烧结容器放入烧结装置中进行烧结处理，在载体表面获得聚二甲基硅氧烷微米颗粒层；
[0023]2)将金属氧化物纳米颗粒、聚二甲基硅氧烷和固化剂混合后得到混合溶液，将混合溶液喷涂到聚二甲基硅氧烷微米颗粒层表面，固化，在载体表面获得具有微纳结构的包括聚二甲基硅氧烷微米颗粒和金属氧化物纳米颗粒的超疏水层。
[0024]根据本专利技术的实施方式，步骤1)中，加入到烧结容器内的聚二甲基硅氧烷为液体状态，且，所述聚二甲基硅氧烷中不含有固化剂。
[0025]根据本专利技术的实施方式，步骤1)中，所述烧结处理的温度为120～180℃，所述烧结处理的时间为1～5h，所述烧结处理的升温速率为5～15℃min
‑1。
[0026]示例性地，步骤1)中，所述烧结处理的温度为150℃，所述烧结处理的时间为5h，所
述烧结处理的升温速率为10℃min
‑1。
[0027]根据本专利技术的实施方式，步骤1)中，所述烧结容器例如为坩埚，优选为长方体坩埚。
[0028]根据本专利技术的实施方式，步骤1)中，所述烧结装置例如为马弗炉。
[0029]根据本专利技术的实施方式，步骤1)中，所述载体的定义如上所述。
[0030]根据本专利技术的实施方式，步骤1)中，烧结前，所述聚二甲基硅氧烷液体与载体不接触；烧结过程中，为添加剂固化剂的聚二甲基硅氧烷不会发生固化反应，而是通过气相沉积的方式沉积到载体表面，获得聚二甲基硅氧烷微米颗粒层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种透明超疏水除冰涂层，其中，所述除冰涂层包括载体和超疏水层；所述超疏水层位于所述载体上，所述超疏水层具有聚二甲基硅氧烷微米颗粒和金属氧化物纳米颗粒形成的微纳结构。2.根据权利要求1所述的透明超疏水除冰涂层，其中，所述载体为透明材质；优选地，所述载体为玻璃。3.根据权利要求1所述的透明超疏水除冰涂层，其中，所述聚二甲基硅氧烷微米颗粒的粒径为1
‑
10μm。优选地，所述金属氧化物纳米颗粒的中值粒径为50nm
‑
500nm。4.根据权利要求1所述的透明超疏水除冰涂层，其中，所述金属氧化物纳米颗粒例如为氧化锌(ZnO)或氧化锡(SnO)。优选地，所述聚二甲基硅氧烷微米颗粒和金属氧化物纳米颗粒的质量比为1:5
‑
30。5.根据权利要求1所述的透明超疏水除冰涂层，其中，所述微纳结构是指凸出于载体表面平面的微米尺度和/或纳米尺度的凸起结构，所述微米尺度和/或纳米尺度的凸起结构是聚二甲基硅氧烷微米颗粒和金属氧化物纳米颗粒形成的。其中，所述微米尺度是指1微米～10微米；所述纳米尺度是指小于1微米的纳米尺寸，例如50纳米～500纳米。6.根据权利要求1所述的透明超疏水除冰涂层，其中，所述透明超疏水除冰涂层对水的接触角大于等于150
°
。优选地，所述透明超疏水除冰涂层具有透明的特性，其在紫外
‑
可见
‑
近红外光下的透过率大于等于82％。7.权利要求1
‑
6任一项所述的透明超疏水除冰涂层的制备方法，所述方法包括如下步骤：1)在烧结...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺志远，张洁，郝彤彤，程蕊，
申请(专利权)人：中科融志国际科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：