[发明专利]一种高透明度疏水自清洁MOFs涂层及其制备方法

说明书

本发明属于涂层技术领域，具体涉及一种高透明度自清洁MOFs涂层及其制备方法。在3‑氨丙基三乙氧基硅烷修饰过的玻璃基板上，以氯化锆和四氟对苯二甲酸为原料，使用水热合成法，在预功能化玻璃基板上形成了疏水自清洁透明的MOFs涂层。通过控制MOFs涂层的层数，涂层的粗糙度、机械稳定性和透光率之间达到最好的平衡。本发明制备的涂层的最高透光率可以达到92％，水接触角130°，经过液体冲击后其水接触角仍然保持130°的疏水状态，此MOFs涂层具备高透明度、坚固性和自清洁性能，在自清洁、防污、冷凝、防冰等应用中具有重要意义。

技术领域

本发明属于涂层技术领域，具体涉及一种高透明度疏水自清洁MOFs涂层及其制备方法。

背景技术

透明疏水自清洁表面具有排斥低表面张力液体的能力，在自清洁、防污、冷凝和防冰等应用中具有重要意义。利用微纳米级粗糙度，同时实现坚固性、透明度和疏水性，具有很大的困难，因为提高粗糙度会提高液体的排斥性，但会降低透明度。此外，在透明疏水涂层的报告中，针对液滴冲击而非高速射流的抗冲击性进行证明，虽能抵抗液滴冲击但无法承受液体冲击，所以，制造坚固的微纳米结构的透明疏水涂层极具挑战性。

MOFs颗粒或粉体受水影响而导致其降解，出现这种现象的根本原因归结于其本身对水的不稳定性以及水的普遍存在性，因此，制备疏水性MOFs是最有前途的解决方案。通常，使用三种策略克服这一挑战：使用疏水性含氟烷基取代基化合物对MOFs表面进行修饰，使用合适的疏水单层在MOFs表面进行修饰改性，以及在MOFs表面添加疏水聚合物涂层。MOFs薄膜仅用于半导体器件、光学传感器和气体传感器。之前，在疏水MOFs应用上依赖于MOFs粒子物理吸附在基片上，Sun等人将疏水性UIO-66MOF物理吸附在载玻片上，记录接触角。最近，将防水润滑剂注入到亲水MOFs中，获得具有低滞后角和抗结冰特性的湿滑液体多孔表面，然而，这种表面易损耗润滑剂，机械稳定性不好。

迄今为止，关于透明疏水自清洁MOFs膜的研究报道很少，因此，设计和构造机械稳定的高透明度疏水自清洁MOFs表面仍需进一步研究。

发明内容

为了解决背景技术部分指出的技术问题，本发明提供了一种高度透明疏水自清洁MOFs涂层及其制备方法：首先将玻璃基板浸入3-氨丙基三乙氧基硅烷的正己烷溶液中，然后，以四氟对苯二甲酸和氯化锆为原料，采用水热合成法，将3-氨丙基三乙氧基功能化的玻璃基板浸入四氟对苯二甲酸的N,N-二甲基甲酰胺溶液中，通过酰胺化反应，四氟对苯二甲酸与玻璃基板上的氨基结合，随后浸入氯化锆的N,N-二甲基甲酰胺溶液中，氯化锆与四氟对苯二甲酸配位结合，以此为一个生长周期，重复此周期在玻璃基板上逐层沉积MOFs涂层，获得不同层数的MOFs涂层，最后浸入三氯甲烷中，打开气孔，取出后真空干燥。此制备方法通过逐层沉积不同层数的MOFs涂层，使粗糙度、机械稳定性和透光率之间达到最好的平衡，获得机械稳定的高透明度疏水自清洁MOFs涂层。

制备方法的主要步骤如下：

(1)将玻璃基板浸入到3-氨丙基三乙氧基硅烷的正己烷溶液中，25℃下浸泡2h，浸泡后的玻璃基底取出后用正己烷冲洗，干燥箱中100℃干燥1h；

其中，3-氨丙基三乙氧基硅烷按照体积加入量为正己烷的1％。

(2)将3-氨丙基三乙氧基硅烷浸泡过的玻璃基板浸入100mL四氟对苯二甲酸的N,N-二甲基甲酰胺溶液中，水热反应釜中120℃密闭反应4h，随后浸入100mL氯化锆的N,N-二甲基甲酰胺溶液中120℃反应20min，结束一个生长周期。相同程序循环在玻璃基板上逐层沉积，制备2-9层MOFs涂层；

其中，四氟对苯二甲酸的加入量为5.90-5.95g，氯化锆的加入量为5.83-5.85g。

(3)上述制备的带有MOFs涂层的样品浸入三氯甲烷中24-72h，100℃下真空干燥12h。

本发明与现有技术相比优点在于：