[发明专利]耐用型抗结冰表面修饰材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种耐用型抗结冰表面修饰材料的制备方法，包括如下步骤：(1)对基底进行表面修饰，在基底表面均匀沉积碳层；(2)将正硅酸乙酯和氨水分别置于敞口容器内；(3)将步骤(1)表面修饰后的基底和步骤(2)的敞口容器置于室温封闭状态下进行气相沉积；(4)将步骤(3)处理后的基底材料进行退火；(5)将退火处理后的基底材料进行表面二次修饰，将退火后的基底材料与装有氟硅烷的敞口容器置于室温真空状态下进行气相沉积。本发明方法解决了现有技术中超疏水材料制备方法复杂、成本高、结构稳定性以及耐腐蚀性、耐摩擦性有待提高的技术问题。

技术领域

本发明属于超疏水表面制备技术领域，特别涉及一种耐用型抗结冰表面修饰材料及其制备方法。

背景技术

超疏水性是一种特殊的润湿性，一般指水滴在固体表面呈球状，接触角大于150度，滚动角小于10度。材料表面能(材料表面分子比内部分子多出的能量)越低，疏水性越好，且当低表面能材料具有微观粗糙结构时，水滴与材料之间会形成一层空气膜，阻碍水对材料表面的润湿，从而形成超疏水状态。

超疏水表面最初的灵感来源于“荷叶效应”。20世纪90年代，德国植物学家波恩大学Barthlott等揭示了荷叶表面的结构，发现荷叶的“自洁性”源于其表面的微纳结构，荷叶表面具有微米级的乳突，乳突上有纳米级的蜡晶物质，这种微-纳米级的粗糙结构可以大幅度提高水滴在其上的接触角，导致水滴极易滚落。

因为水滴在超疏水材料表面滚落时可带走污染物，使材料表面保持清洁。因此超疏水材料具有防水、防腐蚀、防冰以及防附着等多重特性。

冰的形成和积聚在各个方面都非常常见，结冰和结霜会给人们的日常生活和工业生产带来许多不便,电力输电线路上的冰聚集会严重威胁电力，铁路，电信系统和网络的安全运行；冰的形成和沉积还对许多基本基础设施(如飞机,船舶等)以及许多商用场所和住宅产生严重的经济和安全问题；冰霜覆盖室外植物的叶子使得植物细胞活性丧失,导致植物死亡和农业损失。现有技术中，已经采取了很多传统方法来防止冰的形成和积聚，例如化学除冰，机械振动，蒸汽加热和电加热，这些方法虽然取得了一些效果，但是却存在效率低、高能耗、高风险、环境污染等缺点。

与传统的主动除冰方法不同，被动除冰方法由于其“零能耗”的特性而越来越受到外界的广泛关注。从理论上讲，冰的形成是从过冷液态水到冰的典型相变过程，亲水性材料易受水粘附，水滴易于在这种类型的固体表面上形成冰。然而大多数工程材料是亲水的，因此，防止结冰和积冰的关键是赋予固体表面抵抗水滴附着和排斥水和冰的能力。

随着人们对超疏水材料的不断研究，目前，通过如气相沉积法、溶胶凝胶法、刻蚀法、模板法等方法制备的超疏水表面已经在抗结冰领域取得了一定的进展。

如，申请号为201710263591.5、名称为“一种可持久抗结冰的超疏水涂层的制备方法”的中国专利，公开了一种可持久抗结冰的超疏水涂层的制备方法，具体包括以下步骤：步骤1、对基材表面进行清洗和喷砂粗化处理；步骤2、将环氧树脂、固化剂及第一溶剂进行共混后得到环氧树脂溶液；步骤3、将亚微米粒子、纳米粒子分散于第二溶剂，再加入硅烷偶联剂，得到粒子复合悬浮液；步骤4、将步骤2所得的环氧树脂溶液喷涂步骤1处理过的基材表面，对环氧树脂胶进行半固化；步骤5、将步骤3所得的粒子复合悬浮液喷涂到步骤4所得到的基材表面，进行完全固化；步骤6、得到可持久抗结冰的超疏水涂层。该发明技术方案测试结果显示了温度在零下10度时的抗结冰效果，但如果温度低于零下10度，则未见抗结冰效果。

另有申请号为201710093399.6、名称为“一种超疏水涂层的制备方法”的中国专利，公开了一种适用多种基底的超疏水涂层的制备方法，具体是将正硅酸乙酯加入到氨水与无水乙醇的混合液中搅拌1～2h，之后缓慢加入丹宁酸溶液搅拌30～60min，再加入HMDS搅拌30～60min，将原液喷洒到不同的基材上，干燥后即得超疏水涂层。该发明技术方案适合多种基底，但未见低温下抗结冰的效果。

发明内容