[发明专利]一种微纳米缺陷玻璃表面的构建方法

说明书

本发明涉及具有微纳米缺陷的玻璃表面的构建方法，属于化学制备技术领域。氢氟酸气态分子刻蚀法制备具有微纳米缺陷的玻璃表面。在溶剂中和助剂作用下使氢氟酸形成混合溶液，少量的该混合溶液在密闭容器中加热至100℃以上汽化成气态体系，玻璃在该体系中存在一定的时间进行分子刻蚀；然后经水清洗，干燥获得具有微纳米缺陷的玻璃表面，从而制备出超疏水玻璃表面。此方法制备的玻璃表面不仅具有良好的超疏水效果，抗摩擦、耐强酸强碱能力强，且具备较好的透光性，牢固性良好。

技术领域

本发明涉及具有微纳米缺陷的玻璃表面的构建方法，是化学刻蚀法制备超疏水玻璃表面的一种新方法，属于化学制备技术领域。

背景技术

本发明的目的是找到一种简便易行的制备具有超疏水性能玻璃表面的方法。

在玻璃、液体和气体的三相交点处，液体-气体在该点的切线与液体-玻璃在该点的切线，所形成的夹角就是该玻璃-液体的接触角。当水滴-玻璃之间接触角达到或超过150°，那我们就将其定义为超疏水玻璃表面。

超疏水玻璃表面表现出良好的自清洁、防冰覆、高透防污、防结雾等性能，使得其在汽车、飞机等交通工具的挡风玻璃、高层建筑玻璃、建筑外墙体涂料、电力运输、电池能源、光学仪器、电子设备等领域得以广泛应用。

近年来，超疏水玻璃表面的制备方法发展迅速，常用的有溶胶-凝胶法、模板法、化学气相沉积法、刻蚀法等。刻蚀法是对玻璃表面改性的常用方法，它主要包括化学刻蚀、电化学刻蚀、等离子刻蚀和光刻蚀等。其中，化学刻蚀操作简单，对实验设备的要求较低；电化学刻蚀是利用电化学原理在模板表面产生刻蚀剂来构建微表面；等离子刻蚀适合于构建密度高、结构复杂的图案；光刻蚀适合于构建形状多样的图案。

本发明与通常意义上的化学刻蚀的关键区别在于，不是用氢氟酸溶液对玻璃表面进行刻蚀，而是用极少量的氢氟酸汽化后形成分子态的气体对玻璃表面进行刻蚀。通过稀薄的气态氟化氢分子刻蚀玻璃表面，在玻璃表面形成微纳米尺度的凹凸缺陷，从而构建出具有超疏水性能的玻璃表面。

传统的利用氢氟酸腐蚀玻璃表面的技术方法中，多以将玻璃置于氢氟酸水溶液中刻蚀玻璃表面来构造粗糙结构，但由于此刻蚀方式所构造的粗糙结构未能达到超疏水所需的微纳米结构，故未能实现玻璃表面的超疏水，目前只能实现玻璃表面一定的疏水性。武玉海【超疏水表面的制备及其性能研究[D].浙江：浙江师范大学，2001】利用氢氟酸水溶液刻蚀的方法得到接触角大小为123°的玻璃表面。曹耿、潘美英【普通硅酸盐玻璃表面的疏水改性及其微纳结构表征[J].四川大学学报(自然科学版)，2014，51(4)：804-808】利用5％HF溶液作刻蚀剂，然后置于0.5mmol/L的OTS-甲苯溶液自组装15min，得到玻璃表面与水的静态接触角达到107°。

采用氢氟酸溶液不能通过化学刻蚀制备具有微纳米缺陷玻璃表面。

氢氟酸溶液经常用于玻璃表面的刻蚀造型，现有的采用氢氟酸刻蚀玻璃的方法中，比如玻璃雕花，大都采用溶液稀释的办法来降低刻蚀液的酸强度，但无论怎么稀释，都难以用来制备微纳米尺度的玻璃表面。本小组工作人员也曾尝试采用不同浓度的氢氟酸溶液，通过改变刻蚀时间，试图制备具有微纳米缺陷的玻璃表面，都未获成功。

本发明创新性地提出利用氢氟酸在高温密闭体系下，氢氟酸气态分子刻蚀玻璃表面构建微观粗糙结构，成功实现了利用氢氟酸制备超疏水玻璃表面。对应用此方法制备的超疏水玻璃表面进行了光透性、牢固性和耐强酸强碱性的测试，得到了具备一定光透性和良好的牢固性及耐强酸强碱性的超疏水玻璃表面，解决了传统技术手段制备的超疏水玻璃表面存在光透性差、结合强度低、耐摩擦能力差及耐强酸强碱能力差的问题。

利用本发明的方法构建的玻璃表面水接触角达到150°以上，具有超疏水性能。

发明内容

电化学刻蚀、等离子刻蚀和光刻蚀等传统刻蚀方法存在操作复杂、设备要求高、工艺难度大的缺点。