高光透射率双疏表面；及其形成方法技术

描述了具有双疏表面涂层的基底，该表面涂层包含金属有机骨架(MOF)膜，其中：(i)MOF膜的第一表面键合到基底；(ii)MOF膜的第二表面是外表面，其被多个表面官能化基团官能化；其中：MOF膜包含MOF，所述MOF具有：选自Zr、Al、Fe、Cr和Ti的离子的金属离子；和具有根据式(I)的结构的多价接头基团：其中A为C5‑

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高光透射率双疏表面
；
及其形成方法


[0001]本专利技术涉及涂覆有高光透射率双疏涂层的基底和制备此类涂覆基底的方法
。

技术介绍

[0002]具有排斥低表面张力液体的能力的透明双疏表面在诸如自清洁
、
防污
、
窗玻璃
、
挡风玻璃
、
集水
、
冷凝
、
防结冰等应用中受到极大的关注
(Deng
等人，
2012
；
Yong
等人，
2017)。
在超双疏表面上，利用微
/
纳米级粗糙度工程化，同时实现全面的坚固性和透明度并非易事，因为提高粗糙度可改善液体排斥性，但会降低透明度
(Maitra
等人，
2014)。
尽管有关于透明超双疏表面的值得注意的报告
(Wang
等人，
2016
；
Chen
等人，
2020
；
Li
等人，
2019)
，但迄今为止抗刺穿性相对有限
(Teisala
等人，
2018)。
[0003]表面微凸体的紧密度有助于
(
表面能使能的
)
抗刺穿性
(
由于较小的毛细管半径
)(Maitra
等人，
2014)
，然而，生产具有几纳米制造精度的机械坚固的纳米纹理是有挑战性的，即使在制造可扩展性方面有所妥协
。
诸如液体灌注的或超光滑的表面的替代方案显示出低接触角滞后和光滑行为，但不耐高速液体冲击
。
最近，
Wang
等人开发了一种装甲策略以获得机械坚固
、
透明的超疏水表面，然而，没有考虑双疏性
(Wang
等人，
2020)。
[0004]表面生长的金属有机骨架
(MOF)
是已知的
(Kalmutzki
等人，
2018
；
Dang
等人，
2018)。
然而，此类
MOF
颗粒和粉末的水解易感性和湿度敏感性是众所周知的挑战并得到了广泛研究
。
通常，使用以下三种策略来克服该挑战：在
MOF
合成中使用氟化接头的
MOF
粉末，用合适的疏水性单层进行合成后改性，以及涂覆疏水性聚合物涂层
(Jayaramaulu
等人，
2019)。
此类疏水性
MOF
已经被开发用于能量储存
、
催化增强和油
/
水分离中的多种应用
(Mukherjee
等人，
2019)。
然而，由于它们的易碎性质和粉末形式的可加工性较差，它们的全部潜力仍然没有得到充分利用
。
[0005]Roy
等人，
2016
通过浸渍将
Zn
基疏水性
MOF
的乙醇分散体涂覆到玻璃基底上，并显示出自清洁性能
。
[0006]Sun
等人，
2019
将疏水性
UIO
‑
66MOF
物理吸附到载玻片上以记录接触角
。
[0007]这些关于疏水性
MOF
结构的应用的现有工作缺乏机械稳定性的基本要求，并且依赖于物理吸附在基底上的
MOF
颗粒
。
[0008]另一方面，
MOF
的表面生长薄膜仅被开发用于半导体器件
、
光学传感器和气体传感器应用
(Xiao
等人，
2020)
，此类应用没有寻求对
MOF
的表面进行改性，以制造透明疏水或双疏表面
。
[0009]Gao
等人，
2019
用防水润滑剂灌注此类表面生长的亲水性
MOF
，以获得具有低接触角滞后和防结冰特征的光滑液体灌注多孔表面
(SLIPS)。
然而，此类基于
SLIPS
的表面很容易耗尽润滑剂液体，因此需要相当大的努力来克服这个问题
(Chapman
等人，
2020)。
另外，在此类
SLIPS
表面上实现抗高速液体冲击性和滑动液滴的高移动性是主要的挑战
(Peng
等人，
2018)。
[0010]此外，这些掺入
MOF
的表面涂层都存在光透射率低的问题，并因此不适用于需要透
过基底的可见性的用途，例如窗玻璃或挡风玻璃
。
[0011]仍然需要解决这些挑战中的一个或多个的涂层
。
例如，在本领域中通常需要坚固性有所改善的高光透射率双疏表面
。
[0012]这里提出的表面克服了这些关键挑战
。

技术实现思路

[0013]本专利技术提供了一种具有双疏表面涂层的基底，该表面涂层包含金属有机骨架
(MOF)
膜，其中：
[0014](i)MOF
膜的第一表面键合到基底；
[0015](ii)MOF
膜的第二表面是外表面，其被多个表面官能化基团官能化；
[0016]其中：
[0017]MOF
膜包含
MOF
或在一些方面由
MOF
组成，
MOF
具有：
[0018]选自
Zr、Al、Fe、Cr
和
Ti
的离子的金属离子；以及
[0019]具有根据式
(I)
的结构的多价接头基团：
[0020][0021]其中
A
为
C5‑
26
芳基基团，其任选地被一个或多个选自以下的基团取代：氨基
、
卤代基
、
羟基
、
硝基
、
叠氮基以及
C2‑4炔基和环辛炔基；
[0022]L
是连接基团，其各自独立地选自羧基
、
羟基和具有1至3个氮杂原子的5元或6元杂芳基；以及
[0023]n
是在2至6范围内的整数；
[0024]表面官能化基团共价键合到
MOF
膜的第二表面，并独立地选自任选地被卤代基取代的
C1‑
40
烷基基团；任选地被
C1‑6烷基和
/
或卤代基取代的
C5‑
20
碳芳基基团；任选地被
C1‑6烷基本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
一种具有双疏表面涂层的基底，所述表面涂层包含金属有机骨架
(MOF)
膜，其中：
(i)
所述
MOF
膜的第一表面键合到所述基底；
(ii)
所述
MOF
膜的第二表面是外表面，其被多个表面官能化基团官能化；其中：所述
MOF
膜包含
MOF
，所述
MOF
具有：选自
Zr、Al、Fe、Cr
和
Ti
的离子的金属离子；以及具有根据式
(I)
的结构的多价接头基团：其中
A
为
C5‑
26
芳基基团，其任选地被一个或多个选自以下的基团取代：氨基
、
卤代基
、
羟基
、
硝基
、
叠氮基以及
C2‑4炔基和环辛炔基；
L
是连接基团，其各自独立地选自羧基
、
羟基和具有1至3个氮杂原子的5元或6元杂芳基；以及
n
是在2至6范围内的整数；所述表面官能化基团共价键合到所述
MOF
膜的第二表面，并独立地选自任选地被卤代基取代的
C1‑
40
烷基基团；任选地被
C1‑6烷基和
/
或卤代基取代的
C5‑
20
碳芳基基团；任选地被
C1‑6烷基和
/
或卤代基取代的
C5‑
20
环烷基基团；任选地被卤代基取代的甲硅烷基
‑
C1‑
40
烷基基团；和具有5至
50
个重复单元的聚二甲基硅氧烷寡聚物；所述
MOF
膜具有在
50
‑
500nm
范围内的平均厚度；以及所述表面涂层对波长在
400
‑
700nm
范围内的光具有大于
75
％的光透射率
。2.
如权利要求1所述的基底，其中所述表面官能化基团选自：
C6‑
24
烷基
、C6‑
10
碳芳基
、C6‑
10
环烷基和甲硅烷基
‑
C6‑
24
烷基基团；其中所述碳芳基和环烷基基团中的每一者任选地被
C1‑6烷基取代，和
/
或其中所述烷基
、
碳芳基
、
环烷基和甲硅烷基烷基中的每一者任选地被卤代基取代
。3.
如权利要求1或2中任一项所述的基底，其中所述表面官能化基团为甲硅烷基
‑
C6‑
24
烷基
。4.
如前述权利要求中任一项所述的基底，其中式
(I)
中的所述基团
A
选自苯基
、
萘
、
联苯
、
芴
、
蒽
、
菲
、
非那烯
、
三联苯
、
并四苯
、
苯并菲
、
芘
、
并五苯
、
苝
、
苯并
[a]
芘
、
心环烯和晕苯
。5.
如前述权利要求中任一项所述的基底，其中所述连接基团
L
选自羧基和羟基；任选地其中所述整数
n
是2或
3。6.
如前述权利要求中任一项所述的基底，其中所述多价接头基团选自：
2,5
‑
二羟基
‑
1,4
‑
苯二甲酸
、2,5
‑
二氨基
‑
1,4
‑
苯二甲酸
、2,2'
‑
二羟基
‑
4,4
’‑
联苯二甲酸
、3,3'
‑
二羟基
‑
4,4
’‑
联苯二甲酸
、2,2'
‑
二氨基
‑
4,4'
‑
联苯二甲酸
、3,3'
‑
氨基
‑
4,4'
‑
联苯二甲酸
、2,2
”‑
二羟基
‑
对
‑
三联苯
‑
4,4
”‑
二甲酸
、2,2
”‑
二氨基
‑
对
‑
三联苯
‑
4,4
”‑
二甲酸
、3,3
”‑
二羟基
‑
对
‑
三联苯
‑
4,4
”‑
二甲酸
、3,3
”‑
二氨基
‑
对
‑
三联苯
‑
4,4
”‑
二甲酸和
2',5'
‑
二羟基
‑
[1,1
’
:4
’
,1”]
‑
三联苯
‑
4,4
”‑
二甲酸
。7.
如前述权利要求中任一项所述的基底，其中所述
MOF
选...

【专利技术属性】
技术研发人员：马尼什，
申请(专利权)人：UCL商业有限公司，
类型：发明
国别省市：