[发明专利]一种具有光热效应的超疏水薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有光热效应的超疏水薄膜及其制备方法。本发明采用倾斜生长方法，首先在基底表面沉积一层具有光热效应的纳米结构，再在其表面沉积一层低表面能物质。所用光热材料为氮化钛、银、铜或四氧化三铁，低表面能物质为聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯或聚对苯二甲酸乙二醇酯。上述方法制备的复合纳米结构可以作为防/除冰薄膜，利用低表面能物质提高了基底的疏水性，可以延缓或阻止结冰；光热效应使基底在光照条件下产生强烈的温升，可以融化表面覆冰。本发明的薄膜制备工艺简单，具有超疏水性及光照产热能力，防/除冰性能良好，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种具有光热效应的超疏水薄膜及其制备方法，属于功能材料技术领域。

背景技术

材料表面覆冰给通讯设施、铁路运输、航空航海等领域造成了严重的安全隐患和财产损失。超疏水微纳材料具有独特的气垫结构，使得液滴在其表面形成固-液-气三相共存界面，有利于延缓或阻止结冰。但是，在复杂的自然环境下，水滴或水雾会不可避免地在材料表面结冰，因此需要采用一定的方法快速去除表面覆冰。常见的除冰方法有自然除冰法、机械除冰法和加热除冰法等，其中加热法具有可靠性强、过程简便等优点，具有良好的除冰效果。但是，用外加热源对设备加热的方法在实际操作中受到环境温度、基材尺寸以及是否方便拆卸等多方面因素的限制。光热转化可以将太阳光、激光等的能量直接转化为热能，是一种高效、环保、便捷的加热方式。因此，开发具有光热效应的超疏水薄膜在防冰、除冰等领域具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有光热效应的超疏水薄膜，以及利用倾斜生长方法制备该光热材料-低表面能物质复合纳米薄膜的方法。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种具有光热效应的超疏水薄膜，其特征在于，该薄膜是由一层具有光热效应的纳米结构和一层低表面能物质组成的复合纳米薄膜。

进一步地，所述光热材料为氮化钛、银、铜或四氧化三铁；所述低表面能物质为聚四氟乙烯PTFE、聚乙烯PE、聚丙烯PP、聚苯乙烯PS或聚对苯二甲酸乙二醇酯PET。

进一步地，所述光热纳米结构为直棒、斜棒或螺旋棒阵列，沉积厚度为100～2000nm；低表面能结构为直棒、斜棒或螺旋棒阵列，沉积厚度为20～1000nm。

一种如上所述的具有光热效应的超疏水薄膜的制备方法，其特征在于，包括步骤如下：

(1)利用电子束沉积的倾斜生长方法，在基底上沉积光热纳米结构；

(2)转换蒸发材料，在光热纳米结构的顶端沉积低表面能物质，得到复合纳米结构作为具有光热效应的超疏水薄膜。

进一步地，步骤(1)中利用倾斜生长方法制备光热纳米结构的方法为：采用氮化钛、银、铜或四氧化三铁为靶材，将电子束蒸发镀膜机腔室抽至10^－5Pa以下的高真空，调整电子束入射角为80～89°，并使样品台静止或以2～10rpm的速率匀速旋转，利用电子束蒸镀在基底上沉积100～2000nm的光热纳米结构。

进一步地，步骤(2)中利用倾斜生长方法制备低表面能纳米结构的方法为：转换蒸发材料为聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯或聚对苯二甲酸乙二醇酯，调整电子束入射角为80～88°，并使样品台静止或以2～10rpm的速率匀速旋转，在光热纳米结构的顶端沉积20～1000nm的低表面能物质。

本发明具有以下优点及突出性的技术效果：本发明利用倾斜生长技术制备了一种具有光热效应的超疏水复合薄膜。表层的低表面能物质具有优异的超疏水性能，液滴在超疏水微纳结构表面形成固-液-气三相共存界面，有利于延缓或阻止结冰；具有光热转化性能的纳米结构可以将光能直接转化为热能，产生的热量可以融化材料表面的覆冰，除冰过程高效、环保、便捷。本发明的薄膜制备工艺简单，具有超疏水性及光照产热能力，防冰/除冰性能优异，具有广阔的应用前景。