基于DFT筛选的金属纳米颗粒在制备超疏水涂层中的应用制造技术

本发明专利技术公开了基于DFT筛选的金属纳米颗粒在制备超疏水涂层中的应用。本发明专利技术还公开了基于DFT筛选的金属纳米颗粒制备超疏水涂层的方法。本发明专利技术的方法具有高效性、精确性、可控性和环保性等特点，且制备的超疏水涂层具有防污性能好和耐腐蚀性好等特点；本发明专利技术方法利用了密度泛函理论对材料性质进行计算的优势，可以在较短的时间内筛选出大量的纳米颗粒，从而提高筛选的效率；同时可以更准确地预测纳米颗粒在涂层中的性能表现，具有较高的精度和可靠性。具有较高的精度和可靠性。具有较高的精度和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
基于DFT筛选的金属纳米颗粒在制备超疏水涂层中的应用


[0001]本专利技术属于纳米超疏水涂层
，涉及基于DFT筛选的金属纳米颗粒在制备超疏水涂层中的应用，具体涉及一种利用密度泛函理论筛选金属纳米颗粒，并将筛选出的金属纳米颗粒用于制备超疏水涂层。

技术介绍

[0002]高压输电线路是连接电源和负载的重要电力设施，其可靠性和稳定性直接关系到电力系统的安全稳定运行。然而，由于高压输电线路运行环境的特殊性，例如空气中含有的气体、水分和微粒，以及高温、低温等极端天气条件的影响，导致线路绝缘子经常受到污染和闪络的影响，进而影响到电力系统的运行效率和安全性。因此，开展高压绝缘子污染和闪络问题的研究，对保障电力系统的安全稳定运行具有重要意义。
[0003]目前，解决高压绝缘子污闪问题的主要方法是采用清洗技术和表面涂层技术。然而，传统的清洗技术存在工作效率低、清洗效果差、污染物会重新附着等问题。因此，发展新的高效、环保、经济的清洗技术和绝缘子表面涂层技术，成为当前研究的热点之一。
[0004]纳米超疏水涂层是一种新型的表面涂层技术，具有优异的疏水性能、耐污染性能和自清洁性能，可作为一种新型的高压绝缘子表面涂层材料，有望解决高压绝缘子污闪问题。因此，开展高压绝缘子纳米超疏水涂层的制备及超疏水机理分析研究，具有重要的理论和实际意义。目前用于制备超疏水涂层的纳米颗粒的选择具有很大的盲目性，实验筛选过程耗时耗力，因此采用计算机模拟的办法进行筛选具有很大的优越性。
[0005]在众多用于计算模拟的理论中，密度泛函理论(Density Functional Theory，简称DFT)是一种量子化学计算方法，用于研究分子、固体等复杂体系的电子结构及其性质。它基于电子密度的概念，通过构建电子密度与外势场的函数关系来描述体系的能量，从而得到各种体系的电子结构和性质。
[0006]DFT的基本思想是通过一个函数V(r)来表示外部势场对电子的作用，这个函数只与坐标r有关。对于一个给定的系统，其总电子数、核坐标和电子自旋数都是已知的。根据电子互斥原理和泡利不相容原理，可以得到系统的总电子密度分布，即n(r)。因此，DFT的目标就是计算系统的电子密度分布，并基于密度来计算各种性质。
[0007]在DFT中，系统的能量被表示为电子密度分布的泛函，即E[n]。根据变分原理，系统的基态电子密度分布满足E[n]的最小值条件。因此，通过优化系统的电子密度分布可以得到系统的基态能量和各种性质。在实际计算中，电子波函数可以用一组基函数来展开，从而将电子密度与基函数系数建立起联系。
[0008]DFT作为一种强大的理论方法，已经广泛应用于计算化学、固体物理、材料科学等领域。它的优点包括计算速度快、适用于大型分子和复杂体系、对弱相互作用的计算比较准确等。
[0009]目前尚没有将DFT用于筛选纳米颗粒并进而用于超疏水涂层的研究。

技术实现思路

[0010]专利技术目的：本专利技术所要解决的技术问题是提供了基于DFT筛选的金属纳米颗粒在制备超疏水涂层中的应用。
[0011]本专利技术还要解决的技术问题是提供了一种基于DFT筛选的金属纳米颗粒制备超疏水涂层的方法。
[0012]技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术提供了基于DFT筛选的金属纳米颗粒在制备超疏水涂层中的应用。
[0013]其中，所述金属纳米颗粒与水分子之间的吸附能小于该金属氧化物与水分子之间的吸附能。
[0014]进一步地，所述两个金属纳米颗粒之间的吸附能小于两个该金属氧化物之间的吸附能。
[0015]进一步地，所述金属纳米颗粒包括FAS
‑
17@nano
‑
SiO2。
[0016]进一步地，所述FAS
‑
17与Nano
‑
SiO2质量比为0.6～2.0:1。
[0017]所述基于DFT筛选的金属纳米颗粒制备超疏水涂层的方法，包括以下步骤：
[0018](1)利用DFT计算待测金属纳米颗粒之间的吸附能以及待测金属纳米颗粒和水分子之间的吸附能，筛选得到金属纳米颗粒；所述金属纳米颗粒和水分子之间的吸附能小于该金属氧化物和水之间的吸附能；
[0019](2)制备含有步骤(1)中所述的金属纳米颗粒的超疏水涂层。
[0020]其中，所述超疏水涂层的接触角大于150
°
。
[0021]进一步地，所述两个所述金属纳米颗粒之间的吸附能小于两个该金属氧化物之间的吸附能。
[0022]进一步地，金属纳米颗粒包括FAS
‑
17@nano
‑
SiO2。
[0023]进一步地，所述FAS
‑
17@nano
‑
SiO2的制备方法为纳米二氧化硅粒子和FAS
‑
17在乙醇溶液中充分混合后，逐滴加入去离子水，超声分散，先后用蒸馏水、无水乙醇反复清洗，干燥，得到FAS
‑
17改性纳米SiO2颗粒。
[0024]有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有如下显著优点：
[0025]1、高效性：这种方法利用了密度泛函理论对材料性质进行计算的优势，可以在较短的时间内筛选出大量的潜在纳米颗粒，从而提高筛选的效率。
[0026]2、精确性：密度泛函理论是一种基于量子力学的计算方法，具有较高的精度和可靠性。通过对纳米颗粒进行计算，可以得到其粒径、表面能等重要性质，从而可以更准确地预测其在涂层中的性能表现。
[0027]3、可控性：通过筛选出具有合适性质的纳米颗粒，可以更好地控制涂层的性能，使其具有更好的防污闪、超疏水性能，从而提高涂层的可靠性和稳定性。
[0028]4、环保性：这种方法可以避免使用一些传统的涂层材料，如有机溶剂、挥发性有机化合物等，从而减少了对环境的污染。同时，采用这种方法制备的涂层也可以更好地抵抗污染，从而降低了环境污染的风险。
[0029]5、防污性能好：涂层表面具有超疏水性质，污物难以附着在表面上，同时涂层也具有一定的自洁性能，可以减少维护和清洁的频率。
[0030]6、耐腐蚀性好：涂层具有较好的耐腐蚀性能，可以在恶劣环境下长期使用，保持涂
[0050]基于实施例1得出的结论，利用SiO2制备纳米SiO2颗粒，制备方法如下：
[0051]在三孔烧瓶中加入2.0g正硅酸乙酯(TEOS)、40.0g CH3CH2OH、4.0g H2O、0.30g NH3·
H2O(催化剂)，磁搅拌1000rpm、4.5h，45℃加热，得到纳米SiO2颗粒。
[0052]实施例3制备含有FAS
‑
17改性纳米SiO2的超疏水涂层(FAS
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17@nano
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SiO2/PDMS(FSP)超疏水涂层)
[0053]1、利用实施例2制备的纳米SiO2(Nano
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SiO2)制备FAS<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于DFT筛选的金属纳米颗粒在制备超疏水涂层中的应用。2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述金属纳米颗粒与水分子之间的吸附能小于该金属氧化物与水分子之间的吸附能。3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述两个金属纳米颗粒之间的吸附能小于两个该金属氧化物之间的吸附能。4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述金属纳米颗粒包括FAS
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17@nano
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SiO2。5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述FAS
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17与Nano
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SiO2质量比为0.6～2.0:1。6.一种权利要求1所述的基于DFT筛选的金属纳米颗粒制备超疏水涂层的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)利用DFT计算待测金属纳米颗粒之间的吸附能以及待测金属纳米颗粒和水分子之间的吸附能，筛选得到金属纳米颗...

【专利技术属性】
技术研发人员：李承前，沈彬，赵如意，石羽煣，付高节，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：