[发明专利]一种透明超疏水氧化锌涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于功能涂层制备技术领域，特别涉及一种在玻璃基底上制备透明超疏水氧化锌涂层的方法。

背景技术

超疏水表面是指水接触角大于150°，滚动角小于10°的表面。水珠在表面呈球形，在自身重力或者稍加外力作用下，水珠即可滚落表面。近年来，超疏水涂层因其广泛的应用前景受到越来越多的关注。如超疏水涂层用于室外天线或者卫星接收天线上，可以避免由于积雪造成的通讯信号中断；用于日常生活用品表面，可以达到抗菌自清洁的效果；用于远洋游轮外壳涂层，可以达到防污、防腐的效果；还可以应用于防水防污服饰，石油管道的输送，微量注射器针尖防污染等等。

透明超疏水涂层既具有超疏水自清洁的性能，又能保持材料本身的优良的透明性，具备这种性能的材料可以应用于建筑大厦的外墙玻璃、汽车和飞机挡风玻璃、电子器件的光学玻璃、玻璃窗等。当雨水与玻璃表面接触，水在自身重力作用下快速滚落，同时带走玻璃表面的灰尘等污染物，这种自清洁的功能不仅能减少高层建筑玻璃外墙人工清洁的次数，还可改善行车过程中的视野清晰度，提高雨雪天气的行车安全性，具有重要的潜在应用价值。然而透明超疏水涂层的制备却十分困难，因为要使涂层具有超疏水性，就要求涂层表面具有较大的粗糙度，而较大的粗糙度会导致光散射的增加从而降低涂层的透明性；另一方面，透明涂层则要求涂层中的微粒尺寸小于可见光波长的1/20，平均粗糙度控制在80nm以内。然而当粗糙度过小时，涂层的疏水性也会下降。因此，制备透明超疏水涂层的关键在于控制涂层表面合适的表面结构和粗糙度，使涂层既能满足超疏水所需要的粗糙度，也能满足透明性所需的尺寸范围。

关于透明超疏水涂层的研究一直是热门课题，相关报道也屡见不鲜。常见报道的材料有二氧化硅、二氧化钛和勃姆石氧化铝等，也有少量报道将两种复合形成异质结构或组装成核壳结构，如ZnO/SiO₂，ZnO/TiO₂等复合。然而以氧化锌单一成分来制备透明超疏水涂层的相关报道并不多见。Guoxing Li等[Applied Surface Science，2008，255，3112-3116]最早报道了通过等离子体辅助热气相淀积法，在玻璃表面通过氩等离子体，激活Zn气相沉积成相互连接的氧化锌纳米带和纳米线，然后经过高温(350°)低压热氧化，在玻璃上均匀覆盖两种纳米结构的氧化锌涂层，该涂层水接触角分别为157°和161°，滚动角小于9°，透光率接近80％；N.L.Tarwal等[Applied Surface Science，2010，256，7451-7456]采用喷雾热解法将不同浓度的氧化锌热解喷涂在玻璃基材上，最佳涂层的水接触角达到154°，透光率可达82％；Jin-Ho Kim等[Journal of Ceramic Processing Research，2010，11(2)，259-262]通过晶种水热生长法，在玻璃上沉积阵列的氧化锌纳米棒，通过氟硅烷改性使涂层水接触角达到161°，透光率可达89％。随后，Jae-Hoon Choi等[Journal of Nanoscience and Nanotechnology，2011，11，5944-5948]也利用晶种水热生长法，在玻璃上沉积阵列氧化锌纳米棒，通过硬脂酸改性后得到超疏水涂层，其水接触角达到150°，透光率为60％；Weitao Jiang等[Thin Solid Films，2014，562，383-388]也采用此法，通过C₄F₈修饰在玻璃上得到超疏水氧化锌涂层，该涂层水接触角最高可达167°，滚动角小于5°，透光率接近于空白玻璃；然而，上述报道的方法大多设备复杂，成本较高，反应条件苛刻，对浓度、温度以及反应时间都要较高的要求，透明性也不好，如等离子体辅助气相沉积法和喷雾热解法。而晶种水热生长法制备的涂层与底材的结合力较弱，涂层不耐摩擦，易脱落。到目前为止，还未见有文献采用溶胶-凝胶法并辅助烷基硅烷偶联剂改性来制备透明超疏水氧化锌涂层。

发明内容

本发明的主要目的在于解决目前技术上存在的不足，提供一种简单制备透明超疏水氧化锌涂层的方法，解决当前透明超疏水氧化锌涂层制备过程中，反应条件苛刻，设备复杂，成本较高的问题，所得氧化锌涂层透明性较好。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种透明超疏水氧化锌涂层的制备方法，包括以下步骤：

a.基底的预处理

将玻璃基底浸泡在热Piranha溶液(浓硫酸:30％过氧化氢溶液＝3:1,V/V)中，放置15-45min，取出后用大量的水冲洗，直至洗涤液呈中性为止，烘干，备用；