[发明专利]具有防雾和露滴自洁功能的透明超疏水玻璃及其制备方法

说明书

本发明公开了具有防雾和露滴自洁功能的透明超疏水玻璃及其制备方法，本发明采用钠硼硅酸盐玻璃通过高温分相处理，形成相互贯穿的富碱钠硼相和富硅氧相，然后通过酸腐蚀工艺除去富碱钠硼相，留下高硅含量的玻璃相多孔三维网状结构涂层，最后通过氟化工艺降低表面能，从而得到透明超疏水的玻璃涂层。本发明方法工艺简单、易操作、设备要求低、成本低，为制备具有自清洁特性的透明玻璃提供了新思路。

技术领域

本发明属于材料化学领域，涉及一种疏水涂层技术，具体为具有防雾和露滴自洁功能的透明超疏水玻璃及其制备方法。

背景技术

润湿性是固体表面的重要特征之一，通常以接触角来表征液体对固体的浸润程度，超疏水表面一般是指与水滴的接触角大于150°且滚动角小于10°的表面。超疏水表面具有很多独特的性能：如自清洁性、抗结霜、疏水、疏油、低摩擦系数等特性，可广泛用于汽车玻璃，太阳能电池板，电脑屏幕等玻璃基板上。

目前，超疏水涂层想要用在玻璃基底上，其表面的透明性及耐久性一直是两大难以解决的问题。现在玻璃基底上制备透明超疏水表面方法很多，如等离子体刻蚀、炭黑(聚苯乙烯)模板法、溶胶-凝胶法等，但是都很难以同时满足高透光性和耐久性。

多孔玻璃具有全面的耐酸碱、耐高温、高硬度、生物兼容性好、表面可修饰等特点，因此广泛应用于生物制药、催化化学、医疗诊断等领域。然而，几乎没有报导将其应用于超疏水领域，由于多孔玻璃其表面纳米结构的孔径和孔容可以通过改变制备流程和参数来实现纳米尺度的可控调节，以及其玻璃本身优异的透光性，和良好的机械强度，因此十分有潜力用于透明超疏水表面的制备。

发明内容

解决的技术问题：本发明提供了具有防雾和露滴自洁功能的透明超疏水玻璃及其制备方法，选用钠硼硅酸盐玻璃，先对其进行高温分相热处理，再用酸处理得到SiO₂相的骨架薄膜结构，最后用低表面能物质修饰，从而获得一种具有自清洁性能，同时具备良好的强度、硬度、耐高温及透光性的玻璃。

技术方案：具有防雾和露滴自洁功能的透明超疏水玻璃，所述玻璃基体或表面材质为Na₂O-B₂O₃-SiO₂钠硼硅酸盐；所述Na₂O-B₂O₃-SiO₂钠硼硅酸盐，按质量份计，Na₂O含量为6-10份，B₂O₃含量为22-30份，SiO₂含量为60-69份。

优选的，所述Na₂O-B₂O₃-SiO₂钠硼硅酸盐中掺有Al₂O₃、CaO、ZrO₂、TiO₂中的至少一种，含量为1-2份。

具有防雾和露滴自洁功能的透明超疏水玻璃的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)清洁：将玻璃依次置于丙酮、无水乙醇以及去离子水中超声清洗，然后干燥；

(2)分相处理：将玻璃置于管式炉或马弗炉中加热，升温速度5-6℃/min，在500-720℃高温条件下30min-12h，随炉冷却后用无水乙醇和丙酮先后超声清洗，再用去离子水冲洗干净后用N₂吹干，得分相玻璃；

(3)酸腐蚀处理：首先对分相玻璃进行预处理，室温下将其放入酸溶液中5-40min，取出后去离子水冲洗并吹干；随后对分相玻璃进行腐蚀处理，在50-95℃水浴条件下，将玻璃放入腐蚀用酸溶液中2min-24h，取出后用碱溶液及大量去离子水冲洗，并吹干；