[发明专利]一种双尺寸SiO2颗粒构成的微米-纳米分级结构超疏水涂层及其制备方法

说明书

本发明属于无机材料领域，具体涉及一种由双尺寸SiO₂颗粒制备具有微米‑纳米分级结构超疏水涂层的方法。本发明将低表面能有机硅烷修饰的两种不同尺寸SiO₂颗粒分散在乙醇中，可实现使用多种涂覆方法在多种基底表面构筑超疏水涂层；利用双尺寸SiO₂颗粒具有微米‑纳米分级结构，能提高涂层表面的粗糙度，从而进一步增强涂层表面的疏水特性，并提高所得涂层结构和性能上的均一性。本发明涉及的原料易得，制备方法简单，所得涂层可广泛应用于用于防水、防雾、自清洁、油/水分离、抗生物粘附、流体减阻等领域等，应用性广。

技术领域

本发明属于无机材料技术领域，具体涉及一种双尺寸SiO₂颗粒构成的微米-纳米分级结构超疏水涂层及其制备方法。

背景技术

超疏水表面一般是指水的接触角大于150°，滚动角小于10°的表面。自然界有很多超疏水现象，如荷叶表面、蝉和蝴蝶的翅膀等都具有明显的超疏水特性。超疏水表面具有广泛的应用前景，可应用于防水、防雾、自清洁、油/水分离、抗生物粘附、流体减阻等领域。

传统的超疏水表面制备方法包括溶胶-凝胶法、模板法、化学气相沉积法、刻蚀法等。在成功的物理化学方法中，自组装涂层被认为是一种简单而又快速的方法制造超疏水表面。与单一组合物相比，由于不同组分的物理化学性质以及颗粒间的化学弱相互作用，引入第二种或几种组分经常导致相分离、结构不均匀性和不可控制的缺陷；单组分似乎更优选并且具有易于合成和均匀结构的明显优点。

近年来，用双尺度分级结构颗粒制备超疏水层被广泛认为是一种简单易行的方法。与表面光滑的颗粒相比，双尺寸颗粒具有层次化表面形态，表面高度粗糙，而材料表面的粗糙程度和孔隙率能极大地增强疏水特性。目前，已经成功开发许多方法来制备具有分级结构的超疏水层，如Pickering法。键合、静电叠层，凝胶溶胶法等方法在大颗粒表面嫁接小颗粒等；但这些组装方法通常需要额外进行表面修饰，很难精确操控系统的二级结构

SiO₂作为低成本、良好生物相容性、环境友好性和物理化学稳定性的材料之一，已被广泛用于各个领域。但由于二氧化硅材料表面通常含有大量的羟基，具有极强的极性，亲水性很强，这种团聚导致应力集中，由此造成很多缺陷，影响材料性能。为改善二氧化硅材料性能和拓宽其应用领域，必须减少表面羟基数量，提高其分散性。因此，进一步利用SiO₂颗粒超疏水涂层并优化其制备工艺，具有重要的研究和应用价值。

发明内容

本发明的主要目的是针对现有技术存在的不足，提供一种双尺寸SiO₂颗粒构成的微米-纳米分级结构超疏水涂层及其制备方法。

为实现上述方案，本发明采用的技术方案为：

一种双尺寸SiO₂颗粒构成的微米-纳米分级结构超疏水涂层，它由两种不同尺寸的改性SiO₂颗粒堆积而成；它包含大尺寸改性SiO₂颗粒和小尺寸改性SiO₂颗粒，小尺寸改性SiO₂颗粒附着在大尺寸改性SiO₂颗粒表面上形成分级微纳结构；其中大尺寸改性SiO₂颗粒的粒径为100～800nm，小尺寸改性SiO₂颗粒的粒径为50～100nm。

优选的，所述大尺寸改性SiO₂颗粒的粒径为小尺寸改性SiO₂颗粒粒径的2～10倍。