[发明专利]超亲水和捕水表面

说明书

背景技术

通常，超亲水表面具有小于25℃的水接触角，并且捕水表面作为毫米级厚度的均匀膜保持水。

已经开发出很多技术以制备超亲水表面。见I.P.Parkin等，J.Mater.Chem.2005，15，1689。例如，通过UV-照射氧化物半导体膜例如TiO₂和ZnO得到超亲水表面。在该方法中，由光子产生的短寿命电荷引发的超亲水性在没有持续的UV照射时逐渐消失。参见例如X.M.Li等，Chem.Soc.Rev.2007，36，1350；A.Lafuma等，Nat.Mater.2003，2，457。

已经设计出方法用于制造模仿纳米布沙漠甲虫(Namib Desert beetle)的集水翼表面的捕水表面。见L.Zhai，Nano Lett.2006，6，1213。该方法并不适于大规模生产，因为其涉及逐层多步图案化和沉积亲水和疏水组分。

众所周知，超亲水表面不必然具有捕水能力。

超亲水性和/或捕水表面具有很多工业应用。超亲水性预防雾的形成，因为凝结的水横过超亲水表面扩展。另一方面，在干旱地区捕水表面可用于从露水中获得水。具有超亲水性和捕水能力的表面对于固态超级电容中的应用是理想的。

需要制备持久超亲水性和/或捕水表面的成本有效的方法。

发明内容

本发明一方面涉及具有拥有超亲水性和捕水能力的表面的经涂覆的基材。所述经涂覆的基材包括(i)具有非水溶性聚合物和水溶性聚合物的涂层、和(ii)被所述涂层覆盖的基材。

两种所述聚合物，由于它们不同的亲水性，形成具有1-10nm(例如，1-5nm)厚度的纳米分离体(nanosegregant)。更具体地，在所述纳米分离体中，非水溶性聚合物粘附在基材上并且水溶性聚合物粘附在粘附的非水溶性聚合物上。所述纳米分离体具有0-25°(例如，5-20°)的水接触角并具有捕获0.1-10mm(例如，0.5-3.0mm)厚度的水膜的能力。

所述涂层可进一步包括，在纳米分离体之上，包含相同的水溶性聚合物和相同的非水溶性聚合物的传导性非纳米分离体膜。与纳米分离体不同，该膜具有0.4-500μm的厚度，不会显示超亲水性或捕水能力。

所述水溶性聚合物包含相同或不同的亲水和吸湿基团，例如，羧酸基团或磺酸基团。此类水溶性聚合物的例子是聚(苯乙烯磺酸)(“PSSH”)。另一方面，所述非水溶性聚合物包含相同或不同的导电基团，例如，苯胺基或噻吩基。此类非水溶性聚合物的例子是聚(3，4-亚乙基二氧噻吩)(“PEDT”)。在所述经涂覆的基材的一个实施方案中，PSSH和PEDT以2.5∶1至20∶1的重量比(例如，6∶1的重量比)分别用作水溶性聚合物和非水溶性聚合物。

本发明的另一方面涉及制备上述经涂覆的基材的方法。所述方法包括至少三个步骤：(i)提供包含水溶性聚合物和非水溶性聚合物的水性分散体，(ii)将所述水性分散体施加于基材的表面，和(iii)允许所述施加的水性分散体干燥从而由于两种聚合物不同的亲水性在基材的表面形成纳米分离体。过量的所施加的聚合物形成上述非纳米分离体膜。所述方法可进一步包括，在步骤(iii)后，去除过量的所施加的聚合物以暴露所述纳米分离体的步骤。

本发明的经涂覆的基材可以为具有包括纳米分离体和非纳米分离体膜的涂层的正电极。该涂覆的正电极可用于制造固态超级电容。该固态超级电容包括(i)正电极；(ii)负电极；(iii)如上所述的由包含可电离的水溶性聚合物和非水溶性聚合物的水性分散体由于两种所述聚合物的不同的亲水性而形成的纳米分离体，和(iv)导电薄膜，如上所述，包含所述水溶性聚合物和所述非水溶性聚合物。所述纳米分离体配置在所述正电极和所述膜之间，并且所述膜配置在所述负电极和所述纳米分离体之间。

本发明的一个或多个实施例的细节在下面的说明书中阐明。本发明的其它特征、目的和优点通过实施例的详细描述和附图以及附加权利要求将会明显。

附图的简要说明

首先描述附图。

图1是说明制备超亲水性和捕水表面的方法的示意图。

图2是说明制备固态超级电容的方法的示意图。

具体实施方式

在本发明的范围内的是具有由水溶性聚合物和非水溶性聚合物组成的涂层的基材。所述涂层包括包含两种聚合物的纳米分离体(具有1-10nm的厚度)和任选的也包含两种所述聚合物的导电非纳米分离体膜(具有0.4-500μm的厚度)。所述纳米分离体出乎意料的显示出出色的超级亲水性和出色的捕水能力。