[发明专利]超疏水和防疏冰微纳结构层及超疏水和防疏冰材料

说明书

本发明提供了一种超疏水和防疏冰微纳结构层及超疏水和防疏冰材料，微纳结构层包括若干个依次排列的微纳凸起，每个所述微纳凸起的顶部为斜切结构。将该微纳结构层设置于基材上得到超疏水和防疏冰材料。还可选用斜切的微米纤维规模化制备超疏水和防疏冰织物。本发明通过在微纳凸起表面设置斜切结构，形成相比微纳凸起本身直径尺度更小的切面结构，构筑弧形纳米切点，此种结构的凸起紧密排列形成的高比表面积粗糙结构，有助于提高材料的超疏水性和防疏冰性。为超疏水和防疏冰材料提供了一种新的构筑思路，一方面构造方法简单易操作，另一方面不会破坏材料本身功能性，且不存在磨损问题，因此实用性更强，科研价值和经济价值显著。

技术领域

本发明涉及超疏水材料技术领域，尤其涉及一种超疏水和防疏冰微纳结构层及超疏水和防疏冰材料。

背景技术

低温高湿冷表面的结冰问题严重影响着航空航天、军事、能源、交通、电力通讯等重要领域的安全问题。超疏水表面由于在自清洁、抗腐蚀、抗结冰、油水分离、流体输运等领域的突出表现，近年来引起人们的广泛关注。通常认为，材料表面的润湿性主要由表面的微观结构和化学组成决定，因此超疏水表面的制备通常包含了两个步骤，即合适粗糙度的微纳米结构的构筑和低表面能物质修饰。现有的微纳米超疏水结构层的制备通常步骤繁琐、操作复杂，且使用寿命较短，导致其一定程度上降低了其对基材表面的保护性能。因此，探索一种操作简单、且使用寿命较长的微纳米超疏水和防疏冰结构，无论对理论研究还是实际生产应用都具有重要意义。

其中，比较特殊的纺织纤维制品与机械装备和建筑材料不同，其不仅要承受低温、潮湿、振动和冲击等作用，还要保持良好的灵活性和舒适性，尤其是人体皮肤不断挥发水分造成的高湿度，极易诱导纺织纤维制品表面结冰而降低隔热性能和灵活性，严重时甚至威胁生命。事实上，防疏冰纺织纤维制品不仅能保护生命，还能为机械装备和建筑“穿上”防疏冰功能的衣服。因此，积极开展超疏水与防疏冰纺织制品的产品研发也具有重要的社会意义和经济价值。

目前常采用涂层、接枝、灌注、无机杂化等方法构建纺织制品的超疏水表面(SHSs)或超润滑表面(SLIPS)来实现超疏水与防疏冰。但这些方法在低温环境下，纳米结构机械稳定性较差。例如，在低温高湿、冲击和振动环境中，高动能动态水滴和冷凝水滴会浸入表面的微纳结构中，替换微纳结构中的空气，从而导致SHSs从Cassie状态转向Wenzel状态，增加了表面的粘附性，极大损坏了材料表面的防疏冰性能；受气流、蒸发、重力甚至水滴滚落过程的影响，SLIPS的润滑剂将逐渐损失，会减弱SLIPS的实际应用效果。

有鉴于此，有必要设计一种改进的超疏水和防疏冰微纳结构层及超疏水和防疏冰材料，以解决上述问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种超疏水和防疏冰微纳结构层及超疏水和防疏冰材料，在微纳凸起顶部构造斜切结构，得到斜切面微纳结构层，显著提高结构层表面的超疏水性及防冰和疏冰性。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种超疏水和防疏冰微纳结构层，所述微纳结构层包括若干个依次排列的微纳凸起，每个所述微纳凸起的顶部为斜切结构。

作为本发明的进一步改进，所述斜切结构的斜切面与水平面之间的夹角为1-90°。

作为本发明的进一步改进，所述斜切面与水平面之间的夹角为10-60°。

作为本发明的进一步改进，每个所述微纳凸起的直径为0.5-20μm，高度为0.01-20mm。

作为本发明的进一步改进，所述微纳凸起的密度为2.5×10⁵-4×10⁸个/cm²。

作为本发明的进一步改进，所述微纳凸起的材质为柔性材料。

作为本发明的进一步改进，所述微纳凸起为纤维材料。