一种具有超疏水性、良好透明性和热稳定性的有机-无机复合纳米涂料

超疏水性表层一般就是指与水的表面张力超过150°，而翻转角低于10°的表层，具备与众不同的拒水溶性和自清理特性，潜在性运用范畴可以从中小型非湿润微/纳米技术电子器件到大中型自清理工程建筑商品。现阶段制取人力超疏水表层是根据各种各样技术性来操纵表面层的表面粗糙度和构造，如胶体溶液自组装、湿有机化学蚀刻加工、有机物或有机化学模版、静电纺丝和相层析分离。但这些方式有较大的局限，所运用的机器设备繁杂价格昂贵，制取标准严苛，成本费较高，不适宜大范畴营销推广。除此之外，因为超疏水性规定十分高的外表粗糙度，进而造成很多的光透射，在单一镀层上与此同时完成超疏水性和透光性变成了一个技术性试炼。因而，超疏水镀层在电子光学全透明原材料上的真实运用(如太阳能电池板和窗户玻璃)是有局限的。

上海交大管理科学与工程系长聘教授王健农以及精英团队选用一种简易的胶体溶液疑胶浸涂法取得成功制取了超疏水、相对高度全透明而且平稳的有机化学-有机物复合型纳米涂料。这类方式包含根据汇聚和超音波振荡操纵有机物胶体溶液颗粒的集聚，以在镀层中加入需要的微/纳米技术构造。超疏水性和透光性可以利用调节单个的浓度值，胶体溶液疑胶中聚集体的规格来操纵。因而，在单一镀层中可以与此同时完成超疏水性和高透光性。所制取的镀层也有着较好的耐热性，可以在20~90℃的温度范围下维持超疏水性。

制取聚集体

生成：选用典型性的stöber法制取具单分散性且表层带有活力甲基官能团的有机物二氧化硅胶体溶液颗粒物；用γ-氨丙基三乙氧基氯硅烷（APS）做为团圆剂来团圆二氧化硅胶体溶液颗粒物。很有可能的化学变化如下图1所显示。所产生的聚APS可以遮盖和集聚二氧化硅胶体溶液颗粒物。

图1.APS水解反应和水解反应后的APS分子结构与二氧化硅胶体溶液颗粒或水解反应后的APS分子结构中间后面缩聚的平面图。

表现：用透射电镜(TEM)检验了APS对二氧化硅胶体溶液颗粒物集聚的危害（图2. a-h）。伴随着APS加上量的提升，集聚的二氧化硅胶体溶液颗粒物相互间的正中间高聚物层的间距或薄厚增加。结果显示，水解反应后的APS更趋向于以封口胶为核的缩聚。浓度较高的的APS添加可以产生很强的三维化学交联构造的高聚物网，使二氧化硅胶体溶液颗粒物匀称聚集地分散在高聚物网里（胶体溶液变成粘稠或半固体）。

图2.不一样APS加上量的胶体溶液疑胶的TEM图象：（a,b）0.12%，（c,d）0.24%，（e,f）0.36%，（g,h）0.6%。图b、d、g和h分别是图a、c、e和f的较高变大倍率图。

再分散化

通过超声波震动后，粘稠或半固体疑胶又变化为流通性优良的全透明胶体溶液，是由于超声波震动使高聚物网被撕破开（图3. b,c），产生了一些小小的胶体溶液集聚物，表明胶体溶液中发生了可逆性集聚。但再分散化胶体溶液的清晰度远小于不用APS的胶体溶液（图3. a），是由于再分散化胶体溶液中的二氧化硅胶体溶液粒子不可以彻底分散化，关键存有方式为二氧化硅胶体溶液粒子和高聚物构成的小团圆体。

图3.（a）无（左）或（右）加上0.36% APS胶体溶液的化学反应和超声波震动后的光学图像；（b,c）含0.36% APS胶体溶液超声波震动后的TEM图象；（c）聚合物电芯下的（b）。

表层构造和超疏水

再分散化胶体溶液根据浸涂法在夹层玻璃衬底上搭建微/纳米技术构造。由图4可以看得出，针对高APS浓度值的胶体溶液，其表层彻底被二氧化硅胶体溶液颗粒物遮盖，组成了多孔材料。全氟甲基氯硅烷（FAS）改性材料后镀层的防水功能测试（图5）表明静态数据CA随APS浓度值的提高而提升。在翻转全过程中水珠仍维持球型，因而这类超疏水表层可以用以自清理。

图4. 带有不一样APS浓度值的再分散化胶体溶液表层浸涂的AFM图象:(a,b) 0.12%和(c,d)0.36%；(a,c)二维图象和(b,d)三维图像。

图5. 含（a）0.12% APS，CA=140°，（b）0.36% APS，CA=155°，（c）0.48% APS，CA=160°，（d）0.6% APS，CA=165°的表层浸涂水珠的光学图像，及其由带有0.36% APS的胶体溶液涂敷而且偏斜视角低于2°的外表上水珠的翻转全过程（e,f,g,h）。

透光性

图6a-d表明了用不一样浓度值的APS胶体溶液制取的具备超疏水镀层的玻璃基板的光学图像。伴随着APS浓度值的提升，玻璃基板下的英文字母的画面质量减少。与超疏水性反过来，透过率随APS浓度值的提高而逐步减少。外表粗糙度是由表层构造决策的，表层上的凸起明显地受团圆体尺寸的危害。伴随着APS浓度值的提升，表层凸起的规格增加，团圆体的规格增加。結果，光透射提升，因而观查到较低的清晰度。结果显示，根据调整APS浓度值来操纵镀层的清晰度和超疏水性是一种行之有效的方式。

图6. 含（a）0.36% APS，（b）0.48% APS，（c）0.6% APS，和（d）0.72% APS的超疏水镀层玻璃基板的光学图像；不一样玻璃基板（e）[（1）未涂敷，（2-7）从带有0.12、0.24、0.36、0.48、0.6和0.72% APS的胶体溶液中浸涂]的光学图像。

根据二氧化硅胶体溶液颗粒的一部分可逆性集聚，选用简洁的胶体溶液-疑胶浸涂法取得成功地制取了具备超疏水性、优良渗透性和耐热性的有机化学-有机物复合型镀层。由聚APS集聚的硅胶材料粒在超声波震动功效下可一部分再分散化，产生很多的小团圆体。根据调整APS的浓度值可以操纵原材料的表层构造、超疏水性和透光性。当APS浓度值为0.36%时，镀层上4 μL水珠的静态数据CA达到155°，SA低于2°。此外，玻璃镀膜的最大透过率可达88%。制取的涂膜具备较好的耐热性，具备与此同时得到超疏水性和高清晰度的优势，合适于大规模喷涂。

参考文献连接

Q.F.Xu, J.N. Wang, K.D. Sanderson, Organic−Inorganic Composite Nanocoatingswith Superhydrophobicity, Good Transparency, and Thermal Stability, ACS Nano, 4(2010) 2201-2209.

文中由谢陶玲供稿。

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