疏液涂层制造技术

本发明专利技术一般地涉及疏液涂层，特别是涉及多孔疏液涂层、制备多孔疏液涂层的方法以及表征用于疏液涂层的多孔表面的方法。本发明专利技术还涉及多孔疏液涂层，该涂层包括：过渡金属氧化物和/或氢氧化物多孔层；和疏液化合物层，其沉积在过渡金属氧化物和/或氢氧化物多孔层上，其中，过渡金属氧化物和/或氢氧化物多孔层由多个表面孔构成，该多个表面孔具有平均角度为凹角的不同角度。不同角度。不同角度。

【技术实现步骤摘要】
疏液涂层
相关申请的交叉引用
[0001]本申请要求2015年8月19日提交的美国临时专利申请No.62/207,109的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。


[0002]本专利技术涉及疏液涂层，特别是涉及多孔疏液涂层、制备多孔疏液涂层的方法以及表征疏液涂层的多孔表面的方法。

技术介绍

[0003]最近滴状冷凝已被预测并显示出在空气侧热交换器上表现为增强的热传导。为了实现滴状冷凝，需要超疏水表面。
[0004]已经提出了很多将表面能降低到超疏水水平的方法。超疏水性可以通过创造一个具有非常大的面积和疏水化学品的表面来实现。在典型的超疏水涂层中，典型地通过使用高价的光致抗蚀剂和相对绝缘的基底对硅晶片自上而下图案化，或者通过容易磨蚀和热降解的喷涂聚合物涂层，来实现大表面积的产生。
[0005]相反，大表面积涂层的自下而上的生长有可能比自上而下的光刻技术便宜得多，并且比喷涂涂层更稳固。然而，已证实极少有可行的自下而上的过程，它们都需要相对复杂和/或昂贵的化学品或者不能在最普通的热交换器材料(铝和不锈钢)上生长。因此，对于商用换热器应用而言，价格低廉且足够稳固的涂层非常少。
[0006]滴状冷凝具有多种潜在的有益效果：a.增强了冷却表面的热传导，从而仅需较少的冷却液的冷却，实现空气温度的给定降低量，从而降低能耗；b.冷却表面(通常是平行金属板或“翅片”的阵列)上没有水膜使得对空气流动的阻抗较小，从而降低了所需的空气泵送功率；c.由于表面没有积水，因此热交换器内生长真菌或细菌的风险较小。
[0007]因此，仍然需要提供用于表面的疏液涂层，以克服或至少减轻上述问题。

技术实现思路

[0008]根据本专利技术的一个方面，提供了一种多孔疏液涂层。所述涂层可包括过渡金属氧化物和/或氢氧化物多孔层。所述涂层还可包括疏液化合物层，该疏液化合物层沉积在所述过渡金属氧化物和/或氢氧化物多孔层上。过渡金属氧化物和/或氢氧化物多孔层可由多个表面孔形成，该多个表面孔具有平均角度为凹角的不同角度。
[0009]在优选的实施方式中，基于多个表面孔的角度的高斯分布模型，所述角度相对于平均凹角角度Ψ0的标准偏差σ0在0和60
°
之间，优选地，在0和40
°
之间。
[0010]根据本专利技术的另一个方面，提供了在基底上制备多孔疏液涂层的方法。所述涂层可以包括上述一个方面中的涂层。所述方法可包括：在20℃至100℃的温度范围内，将基底
浸泡于过渡金属硝酸盐和弱碱的溶液中，以在基底上形成过渡金属氧化物和/或氢氧化物多孔层。所述方法还可包括：将疏液化合物沉积在所述过渡金属氧化物和/或氢氧化物多孔层上，从而在所述基板上形成多孔疏液涂层。
[0011]根据本专利技术的又一个方面，公开了一种用所述平均凹角角度Ψ0和多个表面孔的角度相对于Ψ0的的标准偏差σ0表征具有多个表面孔的多孔表面的方法。所述方法可包括：分别测量各自具有不同表面张力的至少四种探针液体的接触角θ0，其中平坦表面上的接触角通过固着液滴法测量；分别测量所述至少四种探针液体的表观接触角θ
*
，其中所述多孔表面上的表观接触角通过固着液滴法测量；和使用最小二乘误差最小化程序来拟合以下等式中的Ψ0、σ0、φ
T
和r：φ
F
＝1
‑
P(θ0)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)cosθ
*
＝φ
T
cosθ0+(1
‑
φ
T
)[φ
F
r cosθ0‑
(1
‑
φ
F
)].
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)其中：P(Ψ)是根据具有平均凹角角度Ψ0和标准偏差σ0的高斯分布的角度Ψ的累积分布函数，Φ
F
是填充孔的占比，φ
T
是位于孔之间的多孔表面顶端并且总是与液体接触的面积的分数，(1
‑
φ
T
)是剩余面积，其被划分为在填充孔的占比Ф
F
和存在液
‑
气界面的未填充孔的占比之间；r是孔的粗糙度，其使得孔的总表面积是一个孔开口的投影面积的r倍。
附图说明
[0012]附图不一定是按比例绘制，而是通常着重于说明各种实施例的原理。在以下的说明中，本专利技术的各种实施例将参考以下附图进行说明。
[0013]图1示出了涂覆的铝表面的扫描电子显微照片，其显示了在涂敷涂层期间形成了均匀的多孔网状物。图1中各插图分别是：(a)平衡接触角为172
°
的水滴；(b)平衡接触角为177
°
的水滴；(c)在迅速脱落液滴的情况下促进滴状冷凝的涂层的照片；和(d)在高过饱和度和高空气流速的空调模拟器中，促进在平衡状态下淹没表面的冷凝的涂层的照片。这表明在70℃合成的样品(a)和(c)在凝结条件下优于在110℃的较高温度下合成的样品(b)和(d)，尽管前者接触角稍小。
[0014]图2示出了涂覆的铝表面的扫描电子显微照片，其显示了通过简单地改变反应浴的浓度和温度可以调节表面特性。图中的每个框的宽度是6.5μm。整个阵列的孔径范围从100纳米以下到5微米以上不等。
[0015]图3示出了最常用的合成条件下接触角相对于反应条件的变化图。尽管每个反应温度下使用固着液滴法都具有大致相同的接触角，但是冷凝实验显示较低温度合成(70℃)
在冷凝和脱落液滴方面优越得多。误差线表示测量中的1个标准偏差。
[0016]图4示出了在铝基底存在下，通过使(a)硝酸锰和(b)硝酸锌与六胺(Hexamine)反应而形成的几乎相同的结构。这导致多孔(a)MnO2和(b)ZnO结构的形成。
[0017]图5示出了孔几何形状及其变化对液体表观接触角的影响。经典的(a)Wenzel和(b)Cassie
‑
Baxter模型假定具有固定的凹角角度Ψ的完全空间均匀的表面特征几何形状，结果是在θ0<Ψ处完全润湿(a)，或在θ0>Ψ处完全不润湿(b)。实际的表面展现出一系列有效的Ψ，使得孔填充的部分将取决于θ0(c)。
[0018]图6显示了用PFOS、PFO
‑
POSS和APTES封端的氧化锌/氢氧化物纳米多孔表面的表面润湿性模型的校准。如扫描电子显微照片(a)所示，水热生长的ZnO中的孔具有高度不均匀的尺寸和侧壁角度。图6(b)展示了一组拟合参数准确地描述了具有三种表面封端的该表面几何形状的cosθ
*
对cosθ0的依赖。误差线对应于基于五个测量值的平均值的
±
1个标准误差。
[0019]图7示出了用于PVDF微球、用牺牲PS微球模板化的多孔PTFE、水热生长的纳米多孔ZnO和规则凹角的SiO 2
/Si微结构的表面润湿性模型的校准。PVDF微球的扫描本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多孔疏液涂层，包括：过渡金属氧化物和/或氢氧化物多孔层；和疏液化合物层，其沉积在所述过渡金属氧化物和/或氢氧化物多孔层上，其中，所述过渡金属氧化物和/或氢氧化物多孔层包含多个表面孔，所述多个表面孔具有平均角度为凹角的不同角度，其中所述多个表面孔中的至少一个具有小于90
°
的凹角角度，其中所述多个表面孔中的至少一个具有大于90
°
的角度，并且其中所述多孔疏液涂层提供大于150
°
的水接触角。2.根据权利要求1所述的涂层，其特征在于，基于用于多个表面孔的角度的高斯分布模型，所述角度相对于平均凹角角度Ψ0的标准偏差σ0在0和60
°
之间。3.根据权利要求2所述的涂层，其特征在于，所述标准偏差σ0在0和40
°
之间。4.根据权利要求1所述的涂层，其特征在于，所述多孔层的过渡金属氧化物和/或氢氧化物选自：氧化/氢氧化锌，氧化/氢氧化镍(II)、氧化/氢氧化镍(III)、氧化/氢氧化锰(II)、氧化/氢氧化锰(III)、氧化/氢氧化锰(IV)、氧化/氢氧化锰(VI)、氧化/氢氧化锰(VII)、氧化/氢氧化铜(I)、氧化/氢氧化铜(II)、氧化/氢氧化钴(II)、氧化/氢氧化钴(III)、氧化/氢氧化铁(II)、氧化/氢氧化铁(III)及其混合物。5.根据权利要求4所述的涂层，其特征在于，所述多孔层的过渡金属氧化物和/或氢氧化物为氧化/氢氧化锌或氧化/氢氧化锰(IV)。6.根据权利要求1所述的涂层，其特征在于，所述疏液化合物为氟碳聚合物或氟碳化合物。7.根据权利要求1所述的涂层，其特征在于，所述疏液化合物为氟代烷基硅烷(FAS)或烷基硅烷。8.根据权利要求7所述的涂层，其特征在于，所述疏液化合物为：1H,1H,2H,2H
...

【专利技术属性】
技术研发人员：兰斯，
申请(专利权)人：加利福尼亚大学董事会，
类型：发明
国别省市：