近年來(lái)，超疏水涂層受到了人們關(guān)注，它能夠賦予材料表面獨(dú)特的自清潔、抗污染等特性，因此在工業(yè)生產(chǎn)和生活中已獲得廣泛的應(yīng)用。

超疏水涂層之所以可以滴水不沾，是因?yàn)楸砻娴?strong style="margin: 0px; padding: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box !important; overflow-wrap: break-word !important;">微-納復(fù)合階層結(jié)構(gòu)使它與水的接觸面積非常有限，因此與水的化學(xué)反應(yīng)和化學(xué)鍵結(jié)合都受到抑制，當(dāng)這種涂層表面有液滴滾動(dòng)時(shí)，污染物就很容易被帶走。

通過掃描電子顯微鏡(SEM)觀察可知，這種微-納復(fù)合階層結(jié)構(gòu)主要是指表面均勻分布著微米級(jí)突起，同時(shí)這些突起周圍還會(huì)分散著納米級(jí)二次結(jié)構(gòu)。雖然看似神奇，但這類特殊的凹凸設(shè)計(jì)在自然界中并不罕見——比如說荷葉的表面就是典型的疏水結(jié)構(gòu)（如下圖）。

不過荷葉的組成都是碳基物質(zhì)，對(duì)于玻璃等無(wú)機(jī)材料，要想在現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)中獲得相似的疏水效果，目前的方法中均需借助含碳、氟等元素的物質(zhì)與之結(jié)合，形成具有微米-納米二級(jí)粗糙結(jié)構(gòu)的有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化涂層。

二氧化硅在疏水涂層中起到的作用

為了實(shí)現(xiàn)超疏水，可以制備兼具低表面能和粗糙結(jié)構(gòu)的基于改性SiO₂溶膠的單層/多層復(fù)合膜。SiO₂膜具有耐高溫、抗腐蝕、機(jī)械強(qiáng)度大、易清洗等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用前景。在超疏水膜中，SiO₂既可以作為薄膜的主要成分，也可以作為填充劑以SiO₂顆粒狀態(tài)存在，參與形成粗糙結(jié)構(gòu)。

1.共前驅(qū)體合成改性SiO₂溶膠一步涂膜法

應(yīng)用溶膠-凝膠技術(shù)，以烷基或烷氧基硅烷為基礎(chǔ)前驅(qū)體，添加一定比例的可以修飾成膜物質(zhì)表面結(jié)構(gòu)和功能的共前驅(qū)體，得到改性SiO2溶膠，涂覆在玻璃基底上，經(jīng)凝膠和熱處理后得到具有一定粗糙結(jié)構(gòu)的單層超疏水復(fù)合膜。

例：Wang、Latthe以及Xu等研究者均以TEOS為基礎(chǔ)，分別合成了不同共前驅(qū)體和反應(yīng)條件下的改性SiO₂溶膠，并制備了玻璃基底的透明超疏水薄膜。上述研究制備的超疏水膜形貌多為納米多孔結(jié)構(gòu)，但是孔徑大小和分布有所差別，其中Wang等制備的膜面含有20~60nm的孔穴（圖a），數(shù)量較少；而Latthe改性SiO₂得到的薄膜樣品多孔，結(jié)構(gòu)密布均勻，孔徑范圍在250~300nm（圖b）。

2.表面改性法制備多層結(jié)構(gòu)超疏水膜

不同于上述用改性溶膠一步法制備超疏水膜層，在表面改性法中，通過分步制備超疏水表面。首先通過溶膠-凝膠工藝制備具有一定粗糙結(jié)構(gòu)的SiO₂膜，然后在其表面引入疏水基團(tuán)。表面改性不僅包括改變膜層的表面能，也包括改造表面幾何結(jié)構(gòu)。

例：Rao等研究了三甲基氯硅烷（TMCS）對(duì)SiO₂膜的疏水改性，所得薄膜表面呈火山口狀形貌，孔尺寸范圍為2~5μm。此外，該研究組分別采用二甲基氯硅烷（DMCS）和TMCS對(duì)SiO₂薄膜進(jìn)行了表面改性的比較實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示，TMCS改性的薄膜具有更高的接觸角（162°）。這是因?yàn)槠浔砻娓植冢砻娓男约碨i─CH₃替代了Si─OH的過程，相比TMCS，DMCS不能全部覆蓋并取代薄膜表面的羥基。

3.添加SiO₂顆粒引入粗糙結(jié)構(gòu)的超疏水膜

在鍍膜液中添加SiO₂顆粒也是常用的制備超疏水膜的方法。納米SiO₂顆粒因易于團(tuán)聚形成亞微米尺度的聚集體，形成所謂類覆盆子狀（RB-like）的顆粒，具有二重粗糙結(jié)構(gòu)，非常適合作為鍍膜液的填充劑，引入粗糙結(jié)構(gòu)，制備超疏水表面。Liu等介紹了一種簡(jiǎn)單的制備RB-like顆粒的方法，只需將氟硅烷在醇溶液中水解、縮聚為疏水性的SiO₂顆粒，添加在SiO₂溶膠中，就可以制備超疏水膜，省略了表面改性的步驟，不足的是薄膜表面有較多微裂紋（圖a）。

Basu等比較了疏水改性的SiO₂納米顆粒分別分散在酸性催化的四乙氧基硅烷或甲基三乙氧基硅烷中制備的薄膜表面形貌，前者具有微裂紋，而后者沒有，且疏水性都隨著SiO₂的增加而增大。FSEM顯示，表面具有微米-納米二元結(jié)構(gòu)，微米尺度的凹凸結(jié)構(gòu)上具有納米小球凸起（圖b）。

總結(jié)

隨著相關(guān)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展和進(jìn)步，超疏水表面材料的機(jī)械穩(wěn)定性、抗磨損性、自愈性等都在不斷優(yōu)化，對(duì)資源的可持續(xù)發(fā)展的貢獻(xiàn)也在逐年上升。憑借抗污染、自清潔、防積雪結(jié)冰，防氧化、抗腐蝕等界面性質(zhì)，超疏水涂層超疏水涂層已在很多場(chǎng)合發(fā)揮作用，如手機(jī)面板、汽車擋風(fēng)玻璃、太陽(yáng)能電池蓋板、衛(wèi)星天線、建筑玻璃幕墻等領(lǐng)域——而作為超疏水涂層組成中的重要部分，用于構(gòu)建粗糙結(jié)構(gòu)的SiO₂粒子當(dāng)然也要具備優(yōu)異的性能才行。

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資料來(lái)源：

玻璃表面二氧化硅基超疏水膜的研究進(jìn)展，鮑田，王東。

二氧化硅基超疏水涂層的研究，王嵐。

二氧化硅納米顆粒/硅樹脂復(fù)合超疏水功能涂層的制備和性能研究，王東，賀軍輝，劉紅纓。

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