一种可修复的防冰超疏水涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种可修复的防冰超疏水涂层的制备方法，包括以下步骤：步骤一，搅拌下混合配制AB硅胶，接着真空干燥；步骤二，将碳纳米管、AB硅胶按质量比为1:25～30混合，搅拌得到碳纳米管与AB硅胶混合物；步骤三，将聚四氟乙烯模板进行超声波清洗、去离子水冲洗后自然晾干，将步骤二所得碳纳米管与AB硅胶混合物涂覆在晾干后的聚四氟乙烯模板内，干燥固化成型，在聚四氟乙烯模板表面制得碳纳米管AB硅胶复合涂层；步骤四，进行纳秒激光加工处理，清洗后晾干，即得到超疏水涂层。本发明专利技术还公开了该制备方法所得防冰超疏水涂层，通过纳秒激光加工处理能够恢复超疏水性。本发明专利技术制备的超疏水表面具有优异的机械鲁棒性与延展性。面具有优异的机械鲁棒性与延展性。面具有优异的机械鲁棒性与延展性。

【技术实现步骤摘要】
一种可修复的防冰超疏水涂层及其制备方法


[0001]本专利技术属于超疏水涂层领域，具体为一种可修复的防冰超疏水涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]表面积冰是自然界的常见现象，然而冰的堆积给我们的生活带来了巨大的经济损失和众多的安全隐患。积冰问题给运输、风力发电、航空航天、海上工作和电力运输带来了许多安全危害。例如，高压电线因电缆结冰，增加重量，造成断裂，飞机跑道、汽车行驶道路、铁路轨道，因结冰引起地面摩擦下降，造成出行不便，严重的甚至危及人身安全。
[0003]冰是水的另一种状态，这说明可以从防水的角度来预防表面积冰，即在凝固前将液滴从表面分离或尽量减少液体与固体之间的接触面积。受荷叶等自然植物的疏水效应启发，研究人员发现荷叶表面的微纳米粗糙结构和低表面能物质赋予荷叶表面超疏水能力。超疏水表面微观的特殊结构，能够捕获大量的气穴能够减少液滴与表面的直接接触，从而延缓了液滴冻结得时间；而其低表面能作用，赋予了液滴较小的滚动角，使得水滴在接触到表面就能立即反弹逃离表面。但是一般方法制备的超疏水表面的机械鲁棒性较差，并且随着结冰/除冰次数的增加，将会失去超疏水表面的防结冰性能。在实际应用场景中，超疏水表面并非是整齐的平面，很多超疏水表面所应用对象需要优异的延展性。因此，想要在生活中实际应用到超疏水表面，如何制备具有优异机械鲁棒性和延展性的超疏水表面是亟需解决的问题。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术目的是提供一种可修复的防冰超疏水涂层的制备方法，本专利技术的另一目的是提供一种可修复的防冰超疏水涂层。
[0005]技术方案：本专利技术所述的一种可修复的防冰超疏水涂层的制备方法，包括以下步骤：
[0006]步骤一，搅拌下混合配制AB硅胶，接着真空干燥；
[0007]步骤二，将碳纳米管、AB硅胶按质量比为1:25～30混合，搅拌得到碳纳米管与AB硅胶混合物；
[0008]步骤三，将聚四氟乙烯模板进行超声波清洗、去离子水冲洗后自然晾干，将步骤二所得碳纳米管与AB硅胶混合物涂覆在晾干后的聚四氟乙烯模板内，干燥固化成型，在聚四氟乙烯模板表面制得碳纳米管AB硅胶复合涂层；
[0009]步骤四，对步骤三所得物进行纳秒激光加工处理，清洗后晾干，即得到超疏水涂层。
[0010]进一步地，步骤一中，AB硅胶包括以下质量百分数的物质：40～50wt％甲基乙烯基聚硅氧烷，20～30wt％二氧化硅，其余为聚二甲基硅氧烷。真空干燥的压力为0.05～0.1MPa，真空干燥的时间为15～25min。搅拌速率为300～500r/min，搅拌时间为10～15min。
[0011]进一步地，步骤二中，搅拌速率为100～200r/min，搅拌时间8～12min。碳纳米管为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管。优选地，单壁碳纳米管的直径小于2nm，长度为0.3～5μm；多壁碳纳米管的长度为3～12μm，内径为3～5nm，外径为8～15nm。
[0012]进一步地，步骤三中，干燥固化成型的温度65～75℃，干燥时间为6～8h。碳纳米管AB硅胶复合涂层的厚度为0.5～2mm。过厚的涂层会将碳纳米管颗粒完全包裹，阻碍激光烧蚀制备超疏水表面，过薄的涂层会使得样件过度磨损后无法进行修复处理。超声波清洗机的温度为30℃，频率40kHz，输入功率为100W；清洗10min。模板是内径尺寸为长20mm宽20mm厚2mm的聚四氟乙烯模板。
[0013]进一步地，步骤四中，纳秒激光加工的加路径为网格状，扫描速度为400～600mm/s，激光频率为25～200kHz，脉冲宽度为3～10微秒，电流为0.3～3A，线间距为0.001～0.01mm，加工层数为3～5层。清洗为超声波清洗，时间10min，温度为30℃，超声频率40kHz，输入功率为100W。纳秒激光加工处理完成后，再纳秒激光加工一层方形阵列，能够进一步提高超疏水性和防冰效果。
[0014]本专利技术所述的一种可修复的防冰超疏水涂层，通过纳秒激光加工处理能够恢复超疏水性。
[0015]制备原理：碳纳米管(CNTs)的加入处理可以改变化合物的表面能，提高疏水性能。AB/CNTs表面在激光加工灼烧处理过程中，使其中AB硅胶内部含有的SiO2颗粒暴露在基底材料的表面，使表面粗糙度增大。激光加工灼烧处理的同时，微纳米级的碳纳米管也暴露在基底材料的表面，进一步构建了微米
‑
纳米级的粗糙结构，激光处理与碳纳米管(CNTs)的二者共同作用使得激光加工灼烧后的AB/CNTs表面具有超疏水性质。并且通过调整纳秒激光参数即可在基底材料表面进行微纳米结构自由编织，可以根据实际需求制备出延长结冰时间或超高接触角的表面。此外，由于AB硅胶优异的延展性与柔韧性，少量碳纳米管的加入并不会影响AB硅胶本身的机械性能，因此AB/CNTs表面也具有优秀的延展性与柔韧性。由于在SiO2颗粒与碳纳米管的共同加持下降低了和AB/CNTs表面的表面能和构建的微米
‑
纳米级粗糙结构，在表面受到多次延展、形变与机械性能测试后，其表面的SiO2颗粒与碳纳米管所构成的微米
‑
纳米级粗糙结构依然存在，因此表面也依然可以保持不错超疏水性能。同时还可以通过激光处理赋予被完全破坏的表面重新具有超疏水性，实现了表面的可修复效果。
[0016]有益效果：本专利技术和现有技术相比，具有如下显著性特点：
[0017]1、制备的超疏水表面具有优异的机械鲁棒性与延展性，在拉伸2倍于自身长度的距离时，仍保持超疏水性能，经过水流冲击以及50次弯折实验后，依然具有＜7
°
的滚动角，且液滴接触角依然＞150
°
；
[0018]2、所制备的超疏水表面操作简单并且可以根据不同实际需求从而制备相对应的表面，通过简单的激光直接烧蚀即可制备性能优异的超疏水表面，并且通过调整纳秒激光参数即可在基底材料表面进行微纳米结构自由编织，可以根据实际需求制备出延长6倍结冰时间或高接触角等不同功能表面；
[0019]3、所制备的超疏水表面受到极端严重的磨损后，只需要经过激光直接烧蚀处理便又可恢复超疏水性，大幅简化了处理工艺，为超疏水性能在工业上的大批量运用提供了可能性，同时也保证了无化学试剂腐蚀来带的环境污染。
附图说明
[0020]图1是实施例1中初始的表面接触角；
[0021]图2是实施例1中经过鲁棒性测试后的表面接触角；
[0022]图3是实施例1中经过鲁棒性测试前后的表面形貌显微镜图，其中，a为测试前表面形貌显微镜图，b为测试后表面形貌显微镜图；
[0023]图4是实施例2中AB/CNTs表面激光线扫加工处理的表面形貌图；
[0024]图5是实施例2中AB/CNTs表面激光线扫加工处理的表面接触角；
[0025]图6是实施例2表面激光线扫加工的弹跳实验图，其中，a为AB/CNTs，b为未激光加工的AB/CNTs；
[0026]图7是实施例2中不同处理本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可修复的防冰超疏水涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，搅拌下混合配制AB硅胶，接着真空干燥；步骤二，将碳纳米管、AB硅胶按质量比为1:25～30混合，搅拌得到碳纳米管与AB硅胶混合物；步骤三，将聚四氟乙烯模板进行超声波清洗、去离子水冲洗后自然晾干，将步骤二所得碳纳米管与AB硅胶混合物涂覆在晾干后的聚四氟乙烯模板内，干燥固化成型，在聚四氟乙烯模板表面制得碳纳米管AB硅胶复合涂层；步骤四，对步骤三所得物进行纳秒激光加工处理，清洗后晾干，即得到超疏水涂层。2.根据权利要求1所述的一种可修复的防冰超疏水涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤一中，AB硅胶包括以下质量百分数的物质：40～50wt％甲基乙烯基聚硅氧烷，20～30wt％二氧化硅，其余为聚二甲基硅氧烷。3.根据权利要求1所述的一种可修复的防冰超疏水涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤一中，真空干燥的压力为0.05～0.1MPa，真空干燥的时间为15～25min。4.根据权利要求1所述的一种可修复的防冰超疏水涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤一中，搅拌速率为300～500r/min，搅拌时间为10～15min。5.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯晓明，王治中，田桂中，李燕，李凤芹，褚加辉，周雯，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：