[发明专利]一种光热响应超疏水防冰复合涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种光热响应超疏水防冰复合涂层及其制备方法。该制备方法通过将室温硅橡胶涂敷在基材表面；将微米级粒子与纳米级粒子分散在溶剂中并加入分散剂得到均匀的混合物溶液；将混合物溶液用喷枪喷涂在基板表面后得到超疏水涂层；经过热处理及氟化处理得到稳定的光热响应超疏水防冰复合涂层。本发明制备的光热响应超疏水防冰复合涂层具备超疏水、低黏附、坚固性和优异的光热特性，适用场景广、机械稳定性强。

技术领域

本发明属于材料表面工程技术领域，具体涉及一种光热响应超疏水防冰复合涂层及其制备方法。

背景技术

在自然界，冰的形成和积累是非常普遍的现象。尽管冰所形成的自然景观绚丽多彩，但是冰的形成给人们的生产生活方面带来的更多是负面的影响。在某些情况下，积冰问题会威胁飞机飞行安全、致使输电线路以及通讯基站倒塌、建筑物损毁等，从而造成难以预测的经济损失。

传统的除冰方式例如：机械除冰、电热除冰、人工除冰、微波除冰等、但这些技术存在成本高、效能低的问题，化学融冰剂除冰技术作为有效除冰方式的一种，虽然它能够降低冰雪的融点以达到除冰的目的，但是它对于环境与结构的破坏是不容忽视的。相较而言，喷涂方式制备防冰涂层简便且成本低廉，更适合大范围推广。超疏水涂层用于材料表面防冰已被广泛发报道，涂层的超疏水性能使得材料表面能够降低液体在其表面的黏附及增加液体在其表面的弹跳，同时在液体结冰后由于其较小的接触面积从而使得冰能够轻易从其表面脱离。此外，光热效应能够促进材料在低温环境下融化表面的覆冰，从而达到主动除冰的性能。近年来，研究者已经做出很多努力来构造坚固的光热防冰表面，但是具备超疏水及光热效应的坚固防冰表面仍亟待提高。

发明内容

为了克服现有技术的不足和缺点，本发明的首要目的在于提供一种光热响应超疏水防冰复合涂层的制备方法，该制备方法制备的超疏水防冰复合涂层克服了超疏水防冰复合涂层在恶劣环境下的机械耐性不足、耐腐蚀性能欠缺、光热性能不良等问题。所述制备方法首次采用聚合物网络包裹光热粒子制备光热响应超疏水防冰复合涂层，利用喷涂法均匀的将混合物溶液喷涂在基体表面，使碳纳米管(CNTs)稳定的存在于整个涂层体系网络中，构造高效的光热防冰复合涂层。喷涂的混合溶液利用正硅酸乙酯(TEOS)、甲基三乙酰氧基硅烷或四丙氧基硅烷等作为分散剂，改善微纳米粒子之间的粘接性并减小在喷涂过程中微纳米粒子的团聚现象。低表面能氟化物处理涂层得到低表面能的多层级微结构。所得涂层具有优异的超疏水性，极大减小了水在涂层表面的接触面积，促使液滴轻易从其表面滑落以及延长水的冻结时间。低的表面能和多层级微结构使水在低温环境下形成较小的冰黏附力。同时，热处理后的涂层形成连续的3D聚合物网络，可以使CNTs稳定的存在于整个涂层体积中。在模拟日光照射下，稳定的涂层结构使得光热效应更高效的促使冰在其表面的融化，从而使涂层表面冰层滑落、液滴融化。所述涂层结合微纳结构的被动防冰性能以及光热效应的主动除冰性能，具有机械性稳定、耐腐蚀性强、方法简便等优点。

本发明的第二目的在于提供上述制备方法制备得到的光热响应超疏水防冰复合涂层。

本发明的首要目的通过如下技术方案实现：

一种光热响应超疏水防冰复合涂层的制备方法，包括如下步骤：

(1)混合喷涂溶液的制备：将碳纳米管(CNTs)、聚偏氟乙烯(PVDF)、无水乙醇和分散剂按照质量体积比为1g：5～20g：20～30ml：2～4ml配制，将碳纳米管(CNTs)、聚偏氟乙烯(PVDF)加入无水乙醇，再加入分散剂，磁力搅拌，超声处理得到分散均匀的混合喷涂溶液；

(2)喷涂基材的准备：首先将载玻片置于无水乙醇中超声处理后取出晾干；将硫化硅橡胶(RTV-SR)与正己烷、正硅酸乙酯(TEOS)和催化剂磁力混合后磁力搅拌；随后将硫化硅橡胶(RTV-SR)刮涂于载玻片上，置于烘箱中加热后取出半粘流态SR-载玻片；

(3)疏水防冰涂层的制备：将步骤(1)中所述混合喷涂溶液垂直喷涂于步骤(2)半粘流态SR-载玻片上，得到超疏水防冰复合涂层；