[发明专利]一种通过微结构保护的疏水材料及其制备方法和应用

说明书

本公开提供一种通过微结构保护的疏水材料，包括基底，基底的至少一个表面具备由多个微结构单元组成的微结构，多个微结构单元之间的空隙中和/或多个微结构单元中具有疏水填料。本公开还提供通过微结构保护的疏水材料的制备方法及应用。本公开实现了对易被破坏脱落、机械性能差的疏水材料的保护，避免了疏水材料在使用过程中可能会承受的外界冲击、摩擦磨损等严苛作用力，大大增加疏水表面在实际应用中的耐久性，可长久用于自清洁、防污、防腐防霉、防冰等表面，具有很高的普适性和实用性。

技术领域

本发明涉及疏水材料领域，尤其涉及一种通过微结构保护的疏水材料，以及其制备方法和应用。

背景技术

表面疏水技术是一门广博精深和具有高实用价值的基础研究技术。目前，疏水材料涂层已广泛应用于现代生活和工业领域中的诸多方面。通过设计不同结构、化学和物理特性的材料涂层，能够提供固体材料表面新的附加功能，特别是现代工业对疏水材料涂层的快速增长的需求，使功能化疏水材料涂层受到广泛关注。

疏水层通常是涂敷在各类基材表面上的一类低表面能涂层材料，主要包括有机硅烷和全氟高分子等有机材料。这些疏水材料与基底结合在一起的作用方式大致分为两大类，一类是通过共价键的作用与基底结合，这类疏水层为单分子嫁接层，其膜层厚度在纳米级别；一类是通过物理吸附(静电作用、范德华力)的方式涂敷在基底，如电镀无机膜层或气相沉积膜层，这类疏水层的厚度在微米至毫米级别。由于疏水材料表面静态水接触角大于90°，其在防水/雾/霜/冰/雪、防腐蚀、防防污、抗氧化、防粘连、流体减阻以及强化冷凝传热等诸多日常生活场景和工程技术领域中均表现出了非凡的应用前景。

然而，疏水材料在实际应用中仍面临巨大的机遇与挑战，即能否在长期使用中具有较强的机械稳定性、耐磨性和耐侯性。考虑到上述疏水涂层与基底的结合力往往比较差，如上述通过共价偶联、范德华力和静电力的作用涂敷在基底的疏水层，其最大的弊端就是易脱落。因此，在实际使用过程中如用于汽车、飞机、航天器等挡风玻璃上，当表面经过反复冲击、摩擦磨损等机械作用则不可避免地遭受破坏，发生脱落，从而导致性能失效。特别地，对于一些与基底附着力非常弱的高分子涂层材料，手轻轻触摸甚至都能破坏涂层。随着应用场景的扩展，对于疏水涂层，不仅要求其具备易清洁、防冰霜、防指纹等特点，对其透明度、耐磨性等综合性能的要求标准也逐步提升。因此开发具有稳定抗摩擦磨损的疏水涂层表面是推动疏水材料真正走向实际应用的关键问题。

发明内容

发明要解决的问题

有鉴于现有的疏水涂层机械稳定性不足，在实际使用环境下易遭受破坏，使用寿命短，光透过性、耐磨性等方面的综合性能不佳等不足，本发明提供一种通过微结构保护的疏水材料以及其制备方法和应用，以解决现有技术一方面或多方面的问题。

用于解决问题的方案

为实现上述目的，本公开提供一种通过微结构保护的疏水材料，所述通过微结构保护的疏水材料包括基底，所述基底的至少一个表面具备由多个微结构单元组成的微结构，所述多个微结构单元之间的空隙中和/或所述多个微结构单元中具有疏水填料。

在本公开进一步的实施方案提供的通过微结构保护的疏水材料中，所述微结构单元为高于基底表面的微凸出体，多个不连续的微凸出体排列为阵列，或所述微结构单元为低于基底表面的凹陷微腔，多个凹陷微腔排列为阵列，相邻的凹陷微腔之间的非凹陷部分相互连续。

在本公开进一步的实施方案提供的通过微结构保护的疏水材料中，所述微凸出体的形状为选自由多棱锥、多棱台、圆锥、多棱柱、圆柱组成的组的一种或多种，或所述凹陷微腔的形状为选自由倒多棱锥、倒多棱台、倒圆锥、多棱柱、圆柱组成的组的一种或多种。

在本公开进一步的实施方案提供的通过微结构保护的疏水材料中，所述微凸出体的高度h满足1μm≤h≤1mm，或所述凹陷微腔的深度h’满足1μm≤h’≤1mm。