[发明专利]一种长期稳固耐用的疏水涂层及其制备方法、应用

说明书

本发明涉及疏水涂层技术领域，尤其涉及一种长期稳固耐用的疏水涂层及其制备方法、应用。所述长期稳固耐用的疏水涂层包括稀土金属过渡层和稀土氧化物涂层，所述稀土金属过渡层沉积于基底与稀土氧化物涂层之间，所述稀土金属过渡层的材质为与稀土氧化物涂层相对应的稀土金属，所述基底为金属基底或非金属基底。本发明的疏水涂层具有良好的机械性能、热力学性能及耐腐蚀性能，具有长期稳固耐用的特性，尤其可应用于严苛环境，大大促进疏水稀土氧化物涂层在不同领域内的应用。

技术领域

本发明涉及疏水涂层技术领域，尤其涉及一种长期稳固耐用的疏水涂层及其制备方法、应用。

背景技术

疏水表面由于具有自清洁、抗结冰、耐腐蚀等特性，具有巨大的应用潜质，可广泛应用于生产生活中，这引起了人们的极大兴趣。传统疏水材料如高分子聚合物、氟化物等强度差，在恶劣条件下疏水性极易失去，这极大地限制了其在疏水表面的应用。2013年，美国麻省理工学院的K.K.Varanasi报道了稀土氧化物陶瓷的本征疏水性(Nature Materials12:315-320，2013)，这是由于稀土原子的4f亚层被外层5s²p⁶电子壳层屏蔽，未填满的4f轨道很难与界面水分子发生电子交换形成氢键，从而使得稀土氧化物表面呈现疏水特性。与传统疏水材料相比，稀土氧化物的特殊电子构型导致的本征疏水性及陶瓷材料本身的高强度使其能够应用在高温、腐蚀、摩擦磨损等恶劣环境中，这能够极大地推动疏水表面在实际生活中的应用。

现有的疏水表面的制备方法通常是对表面进行疏水处理，即在表面修饰一层低表面能物质，进而制备出具有疏水特性的表面。处理方法通常有喷涂法和浸渍法：利用喷涂法制备涂层的过程中，涂层内存在的残余应力及缺陷将严重影响材料的热力学及机械性能表现，如膜基结合力、耐磨性、热稳定性等，甚至导致材料的过早失效；浸渍法是通过向材料表面嫁接低表面能官能团如含氟官能团，来降低材料表面自由能从而达到疏水的目的。这两种方法制备的疏水材料膜基结合力及机械性能差，不能够长时间服役，使用寿命通常较短，尤其在严苛环境下。因此，开发出一种高强度且与基底具有高粘附性的疏水材料具有重要的研究意义。

发明内容

本发明为了克服现有疏水涂层膜基结合力和机械性能差，稳定性不够，易磨损的问题，提供了一种膜基结合力强、硬度高、热稳定性好、耐磨损的长期稳固耐用的疏水涂层。

本发明还提供了一种长期稳固耐用的疏水涂层的制备方法，适用于大面积、各种不同(不同尺寸、不同形状)基底上的沉积，且沉积速率快，基片沉积温度低，能耗低，工艺条件易于控制，易于实现产业化。

本发明还提供了一种由上述方法制备的长期稳固耐用的疏水涂层在自清洁、防雾、防结冰、防粘附、防生物淤积、强化冷凝传热、防腐蚀领域的应用。

为了实现第一个发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种长期稳固耐用的疏水涂层，所述疏水涂层为沉积于非金属基底表面的稀土氧化物涂层。

一种长期稳固耐用的疏水涂层，所述疏水涂层包括稀土金属过渡层和稀土氧化物涂层，所述稀土金属过渡层沉积于基底与稀土氧化物涂层之间，所述稀土金属过渡层的材质为与稀土氧化物涂层相对应的稀土金属，所述基底为金属基底或非金属基底。

由于陶瓷材料残余应力高、与金属基底间无法化学键合，因此直接沉积于金属表面的稀土氧化物涂层与基底间结合力较弱。本发明在沉积稀土氧化物涂层之前，先在洁净的金属基底表面沉积与稀土氧化物涂层相对应的稀土金属过渡层，使膜层之间发生化学键合作用，形成镶嵌式结构层，从而大大增强稀土氧化物涂层与金属基底间的膜基结合力。该稀土金属过渡层同样适用于非金属基底。