【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及超疏水材料，尤其是涉及一种用于防结冰和光热除冰的基于二维cu-cat-1金属有机框架分级结构的超疏水涂层及其制备方法。
技术介绍
1、在低温环境下，金属表面会不可避免地发生霜冻、结冰等问题，如果不加以控制，冰的堆积会给各种户外设备，如飞机、船舶、电力线、风力涡轮机和光伏发电等带来重大的安全危害及经济损失。因此，采用被动抗冰或主动除冰方法可以有效地减轻结冰所造成的危害。受自然界动物和植物的启发，疏水表面由于其高接触角、低滚动角和抗粘附性，已被广泛地应用于防腐、防污、防结冰等方向。超疏水材料表面的微纳米尺度结构可以减少液滴与表面的接触面积，进而实现防水效果，并延迟液滴的冻结时间，降低冰的附着力。
2、但是在低温、高湿度环境下，仅具备防结冰功能的超疏水表面难免会积累冰霜，无法提供长期有效的防结冰保护。机械除冰或化学除冰等传统除冰方法存在能耗高、效率低、有二次污染等问题，因此在疏水表面加入光热材料，将太阳能转化为热能以去除表面冰霜是一种节能高效、绿色环保的新型除冰策略。
3、现有技术中，中国专利cn114181614b公开了一种mof基光热除冰涂层及其制备方法，将三氟乙酰铜与六羟基三亚苯进行水热反应，合成cu-cat-1粉末，然后喷涂于基材表面，实现了较好的光热效果，但制备过程复杂且含氟，对环境造成二次污染，在实际应用中存在一定的局限性。中国专利cn114411223b公开了一种金属铜表面原位构建的防结冰超疏水涂层、制备方法及其应用，在金属铜表面用阳极氧化的方法构建纳米针结构，操作复杂，且浸没在低表
4、因此，亟需研究一种既能达到较好的除冰效果，又对环境的污染较小的超疏水涂层和制备方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于防结冰和光热除冰的基于二维cu-cat-1金属有机框架分级结构的超疏水涂层及其制备方法，通过在其表面原位合成cu-cat-1结构和涂覆十八烷基三氯硅烷ots，对金属表面的化学组成以及纳米结构进行调整和改性，获得了具有优异的防结冰和光热除冰性能的超疏水涂层。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、本专利技术提供一种用于防结冰和光热除冰的基于二维cu-cat-1金属有机框架分级结构的超疏水涂层的制备方法，包括以下步骤：
4、s1：氧化处理：将清洗后的铜片置于过硫酸铵和氢氧化钠的混合溶液中以生长蓝色的氢氧化铜纳米线，反应完成后清洗除去未反应组分；
5、s2：合成cu-cat-1@铜片：将步骤s1中生长有氢氧化铜纳米线的铜置于六羟基三亚苯(hhtp)配体溶液中反应，得到具有分级结构的cu-cat-1@铜片，洗去多余溶液后烘干备用；
6、s3：制备ots涂层：将s2中得到的cu-cat-1@铜片浸没在ots混合溶液中，自然晾干，得到防结冰超疏水的ots@cu-cat-1@铜片。
7、进一步地，s1中，所述铜片分别在去离子水、乙醇和丙酮中各浸泡2-5min，以去除铜片表面杂质。
8、进一步地，s1中，过硫酸铵、氢氧化钠和水的用量比为1-5g:5-20g:50-200ml；
9、反应时间为20-90min，反应温度为20-30℃。
10、进一步地，s1中，所述铜片包括铜网和泡沫铜中的一种或两种。
11、进一步地，s2中，所述六羟基三亚苯(hhtp)配体溶液包括2,3,6,7,10,11-六羟基三亚苯、n,n二甲基甲酰胺和水，所述2,3,6,7,10,11-六羟基三亚苯、n,n二甲基甲酰胺和水的用量比为0.015-0.050g：5-20ml：50-200ml。
12、进一步地，s2中，反应温度为25-80℃，反应时间为10-60min。
13、进一步地，s3中，所述ots混合溶液的制备过程具体为：将ots和去离子水物理混合10-30s，静置2-4h后，加入20-40ml正己烷，摇匀得到ots混合溶液；
14、所述ots和去离子水的体积比为30-80：1-5。
15、进一步地，s3中，将s2中得到的cu-cat-1@铜片在ots混合溶液中浸泡10-30min，用正己烷洗涤去除未反应完全的成分，20-30℃下自然晾干。
16、本专利技术还提供一种用于防结冰和光热除冰的基于二维cu-cat-1金属有机框架分级结构的超疏水涂层。
17、进一步地，所述超疏水涂层与静态水的接触角为155.8°。
18、与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和有益效果：
19、1、本专利技术中的铜片价格低廉，化学稳定性优异，通过在其表面原位合成cu-cat-1结构和涂覆十八烷基三氯硅烷ots，对金属表面的化学组成以及纳米结构进行调整和改性，使铜片获得良好的超疏水性能。
20、2、本专利技术中的cu-cat-1金属有机框架采用原位合成的方法，操作简单且耗时短，且采用环境友好的ots代替含氟化合物作为制备材料疏水表面的低表面能改性剂，更加绿色环保。
21、3、本专利技术制备的超疏水铜片，具有氢氧化铜纳米线和cu-cat-1纳米棒组成的分级次结构，有利于构建特殊润湿性表面，表面大量的微纳米突起减少了水滴的接触面积，增强了防结冰效果。此外，mof本身的光热转化效率增强了除冰效果，拓展了金属在防结冰或除冰领域的应用。
22、4、本专利技术中的ots@cu-cat-1@铜片的水接触角可高达155.8°，具有优异的疏水效果，在-15℃的条件下，水滴的冻结时间延缓了870s。
23、5、本专利技术中的cu-cat-1具有良好的光热转化效率，在一个太阳光强度下300s内可达到60.2℃，涂层结冰后420s内完全融化，达到了防结冰和光热除冰的双重效果。
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1.一种用于防结冰和光热除冰的基于二维Cu-CAT-1金属有机框架分级结构的超疏水涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种用于防结冰和光热除冰的基于二维Cu-CAT-1金属有机框架分级结构的超疏水涂层的制备方法，其特征在于，S1中，所述铜片分别在去离子水、乙醇和丙酮中各浸泡2-5min，以去除铜片表面杂质。
3.根据权利要求1所述的一种用于防结冰和光热除冰的基于二维Cu-CAT-1金属有机框架分级结构的超疏水涂层的制备方法，其特征在于，S1中，过硫酸铵、氢氧化钠和水的用量比为1-5g:5-20g:50-200mL；
4.根据权利要求1所述的一种用于防结冰和光热除冰的基于二维Cu-CAT-1金属有机框架分级结构的超疏水涂层的制备方法，其特征在于，S1中，所述铜片包括铜网和泡沫铜中的一种或两种。
5.根据权利要求1所述的一种用于防结冰和光热除冰的基于二维Cu-CAT-1金属有机框架分级结构的超疏水涂层的制备方法，其特征在于，S2中，所述六羟基三亚苯(HHTP)配体溶液包括2,3,6,7,10,11-六羟基
6.根据权利要求1所述的一种用于防结冰和光热除冰的基于二维Cu-CAT-1金属有机框架分级结构的超疏水涂层的制备方法，其特征在于，S2中，反应温度为25-80℃，反应时间为10-60min。
7.根据权利要求1所述的一种用于防结冰和光热除冰的基于二维Cu-CAT-1金属有机框架分级结构的超疏水涂层的制备方法，其特征在于，S3中，所述OTS混合溶液的制备过程具体为：将OTS和去离子水物理混合10-30s，静置2-4h后，加入20-40mL正己烷，摇匀得到OTS混合溶液；
8.根据权利要求1所述的一种用于防结冰和光热除冰的基于二维Cu-CAT-1金属有机框架分级结构的超疏水涂层的制备方法，其特征在于，S3中，将S2中得到的Cu-CAT-1@铜片在OTS混合溶液中浸泡10-30min，用正己烷洗涤去除未反应完全的成分，20-30℃下自然晾干。
9.一种利用权利要求1-8任一所述制备方法得到的用于防结冰和光热除冰的基于二维Cu-CAT-1金属有机框架分级结构的超疏水涂层。
10.根据权利要求9所述的一种用于防结冰和光热除冰的基于二维Cu-CAT-1金属有机框架分级结构的超疏水涂层，其特征在于，所述超疏水涂层与静态水的接触角为155.8°。
...【技术特征摘要】
1.一种用于防结冰和光热除冰的基于二维cu-cat-1金属有机框架分级结构的超疏水涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种用于防结冰和光热除冰的基于二维cu-cat-1金属有机框架分级结构的超疏水涂层的制备方法，其特征在于，s1中，所述铜片分别在去离子水、乙醇和丙酮中各浸泡2-5min，以去除铜片表面杂质。
3.根据权利要求1所述的一种用于防结冰和光热除冰的基于二维cu-cat-1金属有机框架分级结构的超疏水涂层的制备方法，其特征在于，s1中，过硫酸铵、氢氧化钠和水的用量比为1-5g:5-20g:50-200ml；
4.根据权利要求1所述的一种用于防结冰和光热除冰的基于二维cu-cat-1金属有机框架分级结构的超疏水涂层的制备方法，其特征在于，s1中，所述铜片包括铜网和泡沫铜中的一种或两种。
5.根据权利要求1所述的一种用于防结冰和光热除冰的基于二维cu-cat-1金属有机框架分级结构的超疏水涂层的制备方法，其特征在于，s2中，所述六羟基三亚苯(hhtp)配体溶液包括2,3,6,7,10,11-六羟基三亚苯、n,n二甲基甲酰胺和水，所述2,3,6,7,10,11-六羟基三亚苯、n,n二甲基甲酰胺和水的用量比为0.015-0.050g：5-2...
【专利技术属性】
技术研发人员：李卓，陆冀涵，何璇婷，吴志根，李博宇，孟爽，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：
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