本發(fā)明涉及疏水材料，具體而言，涉及一種自組裝光熱超疏水涂層材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、超疏水表面具有快速除水、結(jié)冰延遲和低冰附著力等優(yōu)良特性，因此被廣泛認(rèn)為是一種前景廣闊的防冰表面。但是超疏水涂層表面只能延緩冰的形成，而不能完全防止冰的形成。同時(shí)，當(dāng)超疏水表面結(jié)冰時(shí)，表面的微納米形態(tài)會(huì)與冰交錯(cuò)，導(dǎo)致冰的附著力顯著增加。在超疏水涂層表面進(jìn)行光熱除冰是一種非常有效且可持續(xù)的策略，同時(shí)具有被動(dòng)防冰和主動(dòng)除冰功能。不僅可以進(jìn)一步延緩結(jié)冰，還可以抑制結(jié)冰，甚至加速除冰。光熱效應(yīng)可以通過(guò)將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為熱量來(lái)提高涂層表面的溫度。光熱涂層表面可以在低溫環(huán)境下，在太陽(yáng)光照射下保持整個(gè)表面長(zhǎng)期不結(jié)冰，克服了傳統(tǒng)超疏水表面防結(jié)冰的缺點(diǎn)。盡管在開(kāi)發(fā)光熱超疏水涂層表面方面取得了巨大進(jìn)展，但仍有一些關(guān)鍵問(wèn)題阻礙著它們的實(shí)際應(yīng)用。其中最重要的一個(gè)問(wèn)題是，較差的機(jī)械堅(jiān)固性嚴(yán)重阻礙了光熱超疏水涂層表面在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用。事實(shí)上，光熱超疏水表面的微觀形態(tài)結(jié)構(gòu)通常比較脆弱，在受到外部應(yīng)力時(shí)容易破壞和崩潰。如果微觀形態(tài)結(jié)構(gòu)遭到破壞，涂層表面的防冰/除冰能力就會(huì)減弱，甚至完全消失，這極大地限制了其在幾乎所有實(shí)際條件下的應(yīng)用。

2、目前，為了增強(qiáng)光熱超疏水涂層表面微觀形態(tài)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)健性，所采取的方法包括：(一)在織物、聚合物和金屬等堅(jiān)固性更好的表面上涂敷涂層，這種方法依賴于材料固有的機(jī)械耐久性，而不是提高微形態(tài)結(jié)構(gòu)本身的機(jī)械耐久性。(二)采用具有相同微形態(tài)結(jié)構(gòu)的自相似或自修復(fù)涂層，通過(guò)犧牲涂層或修復(fù)機(jī)械磨損過(guò)程中的損傷來(lái)維持表面的功能，這種方法的有效性取決于涂層的厚度和性能。(三)在涂層表面構(gòu)建多尺度微納米結(jié)構(gòu)，多尺度光熱超疏水表面的形態(tài)多種多樣，但其表面粗糙度無(wú)法精確控制，涂層與基底之間的相互作用力要求很高，此外，在堅(jiān)固表面的制作，較為復(fù)雜、成本昂貴并且污染環(huán)境。因此，如何高效制備具有優(yōu)異穩(wěn)定性和可持續(xù)光熱轉(zhuǎn)換性能的光熱超疏水涂層表面是目前面臨的主要問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的難以同步快速實(shí)現(xiàn)光熱超疏水雜化納米功能材料的一體化快速制備；制備成本高、工藝相對(duì)復(fù)雜，不同的納米材料間分散不均勻，存在嚴(yán)重的團(tuán)聚現(xiàn)象；材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差，耐磨性差，與基材的結(jié)合力較弱，容易在使用過(guò)程中脫落失效的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種自組裝光熱超疏水涂層材料及其制備方法。

2、為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供了一種自組裝光熱超疏水涂層材料制備方法，包括步驟：

3、s1：對(duì)第一類材料和第二類材料進(jìn)行表面改性：

4、所述第一類材料改性方法包括，將三羥甲基氨基甲烷加入水中得到tris溶液，調(diào)節(jié)ph值，加入多巴胺鹽酸鹽，然后將第一類材料加入在多巴胺鹽酸鹽的tris溶液中，并不斷攪拌反應(yīng)，使其表面生長(zhǎng)一層聚多巴胺pda，干燥得到一類改性光熱材料；

5、所述第二類材料改性方法包括，在濃硝酸中加入第二類材料，將混合物加熱，攪拌回流，讓其充分地進(jìn)行自組裝反應(yīng)，使其表面引入含氧基團(tuán)，得到二類改性光熱材料；

6、s2：通過(guò)分子間作用力自組裝以制備光熱納米雜化材料：在水中加入多巴胺改性的材料并超聲，直至形成均勻的溶液；同時(shí)將第二類材料超聲分散在水中，然后緩慢滴加到第一類材料的溶液中；最后混合溶液在室溫下攪拌，得到自組裝雜化光熱材料；

7、s3：增加自組裝雜化材料表面粗糙度并加固雜化網(wǎng)絡(luò)：將光熱雜化材料分散在乙醇和堿的混合溶液中，攪拌并超聲，加入硅源在室溫下反應(yīng)，在光熱雜化網(wǎng)絡(luò)表面鍍上一層sio2殼，提高粗糙度同時(shí)加固自組裝的雜化填料網(wǎng)絡(luò)，并提供反應(yīng)官能團(tuán)；

8、s4：進(jìn)行表面接枝反應(yīng)降低雜化材料的表面能：加入反應(yīng)性的無(wú)氟低表面能材料并在室溫下攪拌1小時(shí)，以降低光熱雜化網(wǎng)絡(luò)的表面能，然后攪拌，烘干，得到表面改性后的雜化粉末材料；

9、s5：將所述表面改性后的粉末加入到有機(jī)溶劑中攪拌，再加入樹(shù)脂及固化劑進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，繼續(xù)攪拌即可得自組裝超疏水光熱涂層材料。

10、進(jìn)一步地，改性溶液中多巴胺鹽酸鹽的濃度為1mg/ml-4mg/ml,tris的濃度為10mm-50mm，ph為8-10。

11、進(jìn)一步地，在步驟s1中，第一類材料包括cus、cuse、cds、cdse、tin、fe3o4、tio2、sic、agnps、al2o3、zno、mos2、ws2、mose2、wse2或炭黑，其粒徑為20nm～5000nm；第二類材料包括石墨納米片、石墨烯、石墨粉、可膨脹石墨、氮化硼(h-bn)、黑鱗(bp)、金屬有機(jī)框架(mofs)或碳納米管，其中，三維材料(石墨納米片、石墨烯、石墨粉、可膨脹石墨、氮化硼h-bn、黑鱗bp和金屬有機(jī)框架mofs)的橫向尺寸為1um-5000um，厚度為5nm-5000nm，二維材料(碳納米管)的長(zhǎng)度為1um-30um，直徑為5nm-50nm；反應(yīng)時(shí)間為2h-12h；加熱溫度為60℃-120℃，攪拌回流的時(shí)間為2h-12h。

12、進(jìn)一步地，三維材料的橫向尺寸為1um-5000um，厚度為5nm-5000nm，二維材料的長(zhǎng)度為1um-30um，直徑為5nm-50nm。

13、進(jìn)一步地，在步驟s2中，所述第一類材料和所述第二類材料的分散液濃度相同，為0.1g/ml-1.0g/ml；第一類材料和所述第二類材料的質(zhì)量比為3:1-1:3；自組裝反應(yīng)的時(shí)間為2h-12h

14、進(jìn)一步地，在步驟s3中，堿溶液為氨水、氫氧化鈉或氫氧化鉀；硅源為正硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷或甲基硅酸鈉；所述含氧基團(tuán)包括羧基、羥基或羰基；雜化材料包括，堿溶液：硅源為1:2:1-1:8:4；反應(yīng)時(shí)間為0.5h-12h。

15、進(jìn)一步地，在步驟s4中，所述無(wú)氟低表面能材料為甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、聚二甲基硅氧烷、十六烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三乙氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷或辛基三乙氧基硅烷；所述烘干溫度為60℃-120℃，時(shí)間為1-24時(shí)。

16、進(jìn)一步地，在步驟s5中，所述有機(jī)溶劑包括乙酸乙酯、乙酸丁酯或正己烷；所述樹(shù)脂包括氟碳樹(shù)脂、有機(jī)硅樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂，丙烯酸樹(shù)脂或聚氨酯。

17、進(jìn)一步地，一種自組裝光熱超疏水涂層材料，原料組成包括粉末顆粒1％-25％，揮發(fā)性有機(jī)溶劑60％-90％，基體樹(shù)脂及其固化劑材料1％-25％；

18、所述粉末顆粒原料組成包括一類改性光熱材料6％-12％，二類改性光熱材料2％-4％，硅基酯1％-4％，醇類溶劑70％-90％，水2％-8％，堿性材料0.5％-2％，所述堿性材料使混合體系的ph為2-4，無(wú)氟低表面能材料0.25％-1％；

19、進(jìn)一步地，一類改性光熱材料的粒徑為20nm～5000nm。

20、綜上所述，本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有以下有益效果：

21、本發(fā)明制得的自組裝光熱超疏水涂層材料具有出色的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換性能和優(yōu)異的超疏水性能，能夠?qū)⑼繉硬牧媳砻娴乃焖倜摮⑶以谟泄庹盏那闆r下溫升至一定范圍。由于分子間作用力，不同兩類的材料之間形成穩(wěn)定的相互作用，不僅能夠提高雜化填料網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，還能夠改善兩種材料的分散性，提高表面粗糙度，增強(qiáng)光熱吸收和轉(zhuǎn)換效率，實(shí)現(xiàn)更好的光熱轉(zhuǎn)換效果和更穩(wěn)定的超疏水特性，確保涂層材料在復(fù)雜環(huán)境下長(zhǎng)期高效使用。本發(fā)明制備的自主裝光熱超疏水涂層材料有良好的穩(wěn)定性和耐久性，能夠應(yīng)對(duì)各種極端環(huán)境的使用；此外，本發(fā)明提供的制備方法簡(jiǎn)單、安全，可大規(guī)模批量生產(chǎn)。