[发明专利]在可见光与近红外光区域具有增透性质的涂层的制备方法及超疏水涂层

说明书

本发明属于纳米材料制备技术领域，特别涉及在可见光与近红外光区域具有增透性质的疏水涂层或超疏水涂层的制备方法，以及由该方法获得的在可见光与近红外光区域具有增透性质的超疏水涂层。 

背景技术

超疏水涂层，也即水滴在涂层的表面的接触角大于或者等于150°，且滚动角小于或者等于10°。超疏水涂在自清洁、防腐蚀、增强血液相容性等方面具有良好的应用。高的粗糙度与低表面能是构造超疏水材料的重要条件。一般来说，微纳米的阶层结构和低表面能的修饰用来构造超疏水的涂层。纳米粒子由于其能精确控制大小和结构，通常用来构造超疏水涂层。 

增透涂层广泛用于太阳能电池等光学器件，来减少表面反射。由于增透涂层介于空气和基底之间，增透涂层的折射率须介于空气和基底之间才能产生增透效果。理想的单层减反射涂层需要满足下列条件：单层减反射涂层的光学厚度是λ/4，其中λ为光学波长；n_c=(n_a×n_s)^0.5，其中n_c、n_a和n_s分别表示单层减反射涂层、空气和基底的折射率[Yoldas,B.E.Appl.Opt.1980,19,1425.]。如果玻璃或者透明材料的折射率n_s为1.52，那么单层减反射涂层的折射率n_c需要达到1.23才能达到零反射。然而现实中任何均匀的介质材料都很难达到这个要求，因此通常构建二维或者三维孔状结构来满足这个要求[Hiller J.A.,Mendelsohn J.D.,Rubner M.F.,Nat Mater.2002,1,59-63.]。增透涂层具有广泛的应用，尤其在近红外区域，例如夜视镜，传感器，癌症探测器等等。 

一般说来，疏水性质与透光性质是相互竞争的性质，粗糙度增加疏水性质的提高，但是其透光性质降低。因此，通过简单的方法而获得超疏水增透的多功能涂层仍然是一个技术挑战。二氧化硅空心球由于其低的折射率通常用来构造透明的超疏水涂层，本发明中采用简单的提拉方法，用PMMA与HMDS修饰的二氧化硅空心球构造得到在可见光与近红外光区域具有增透性质的疏水涂层或超疏水涂层。涂有上述超疏水涂层的玻璃片在可见光区域的 透光率能从91.3%提高到92.5%，同时能在近红外区域具有良好的增透作用，透光率从86.0%提高到91.0%。涂层具有良好超疏水性质，4μL水滴在该涂层表面的最大接触角为163±2°，最低滚动角小于或者等于1°，具有类似荷叶表面的自清洁性质。 

发明内容

本发明的目的是采用简单的提拉法，从而提供一种在可见光与近红外光区域具有增透性质的疏水涂层或超疏水涂层的制备方法。 

本发明的再一目的是提供由目的一的制备方法制备得到的在可见光与近红外光区域具有增透性质的超疏水涂层。 

本发明的在可见光与近红外光区域具有增透性质的涂层的制备方法包括以下步骤：

(1)将0.2~0.6g的聚丙烯酸（PAA 30wt%）与3~6mL的氨水搅拌混合后，滴加到90mL乙醇中，然后缓慢滴加正硅酸乙酯(TEOS)1.4~2.2mL（尽量控制在1小时左右滴加完），室温下反应（一般反应的时间为6~12小时），得到含有粒径为30~100nm的二氧化硅空心球的溶液； 

(2)在步骤(1)制备得到的含有二氧化硅空心球的溶液中加入六甲基二硅烷（HMDS），使得HMDS与TEOS的摩尔比为0.6~1.2:1，然后在室温下进行反应（一般反应的时间为24小时左右）；得到含有表面修饰有六甲基二硅烷的二氧化硅空心球的溶液，将含有表面修饰有六甲基二硅烷的二氧化硅空心球的溶液离心分离，用乙醇洗涤，得到表面修饰有六甲基二硅烷的二氧化硅空心球，干燥； 

(3)将步骤（2）得到的表面修饰有六甲基二硅烷的二氧化硅空心球与PMMA置于乙酸乙酯中充分搅拌（一般搅拌的时间为8~15小时）得到悬浊液，其中，悬浊液中的表面修饰有六甲基二硅烷的二氧化硅空心球的浓度为0.25wt%~0.75wt%，PMMA的浓度为0.5wt%~1.5wt%； 

(4)将清洗干净的玻璃片浸入到步骤（3）得到的悬浊液中，采用提拉法，将玻璃片从悬浊液中提拉出来，提拉速度控制在6~12cm/min之间；在空气中干燥提拉出来的玻璃片，在玻璃片的表面获得涂层，然后采用全氟辛基三乙氧基硅烷（POTS）对玻璃片表面的涂层进行疏水化修饰，在玻璃片的表面得到在可见光与近红外光区域具有增透性质的涂层；所述的涂层为疏水涂层超 疏水涂层。