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第 7 期 许里杰，等: 透明超疏水 SiO 2 /硅酮胶复合涂层的制备及性能 ·1335·

固体表面的润湿性常由接触角或滚动角表征， 平均原生粒径 16 nm，堆积密度约 50 g/L，德国
当水接触角＞150°，滚动角＜10°时，固体表面变为 Evonik Degussa 公司；中性硅酮结构胶，鹤山市弘
[1]
超疏水表面 。因透明超疏水表面具有高可见光透 华实业有限公司；无水乙醇，AR，重庆川东化工（集
射比以及独特的自清洁功能，在太阳能电池板、汽 团）有限公司；去离子水，自制；载玻片，南通叠
车挡风玻璃、护目镜以及电子设备屏幕等光学器件 泰实验仪器有限公司。
上展现出良好的应用前景，因而引起了研究人员的 CJJ78-1 型磁力加热搅拌器，上海梅香仪器有限
广泛关注 [2-5] 。赋予固体表面超疏水特性的途径通常 公司；DY-10-400DT 型超声波清洗槽，重庆东悦仪
分为两类：一类是利用有机硅烷或者氟树脂等低表 器有限公司；JM-B3002 型电子天平，诸暨市超泽衡
[6]
面能物质修饰粗糙表面 ，另一类是在疏水表面构 器设备有限公司；DHG-9076A 型恒温烘箱，上海精
[7]
造一定的粗糙度 。基于此，国内外研究人员已经 宏实验设备有限公司；JC2000C1 型接触角测量仪，
[8]
提出很多透明超疏水表面制备方法。例如：Tu 等 上海中晨数字技术设备有限公司；SU8010 型场发射
将木材浸涂于疏水 SiO 2 纳米粒子与聚二甲基硅氧烷 扫描电子显微镜，日本 Hitachi 公司；IR-960 型傅里
(PDMS)共混液中，在其表面制备出具有微纳粗糙结 叶变换红外光谱仪，天津瑞岸科技有限公司；N4 型
[9]
构的半透明超疏水涂层。Wang 等通过 550℃热处 紫外-可见分光光度计，上海仪电分析仪器有限公
理聚硅氧烷溶液，得到了一种透光率达到 85%的纳 司；QFH-A 型附着力测试仪，常州爱德克斯仪器仪
米级多孔粗糙超疏水表面。Li [10] 等采用电弧喷涂法
表有限公司。
在铜芯表面沉积了一层 PDMS/石墨烯透明薄膜。刘 1.2 超疏水复合涂层的制备
建峰 [11] 等利用溶胶-凝胶法制备了以 SiO 2 纳米粒子
将 0.82 g 纳米 SiO 2 加至 40 g 无水乙醇中，室温
为无机分散相，氟硅聚氨酯丙烯酸酯为有机成膜物
下先磁力搅拌 15 min，转速为 400 r/min，然后超声
质的防水防污超疏水表面。但是以上方法大多停留
(功率为 400 W)分散 15 min，得到均匀半透明 SiO 2 /
在实验室阶段，其工业化应用十分有限，主要面临 乙醇悬浊液；再向其中加入 0.62 g 中性硅酮胶，转
制备工艺复杂，原料涉及价格昂贵的含氟聚合物，
速为 400 r/min，室温下磁力搅拌 12 h，得到超疏水
对基底类型和形状有特殊要求，需要高温加热以及
复合涂料；最后，通过喷涂法在载玻片上均匀涂覆
透明度难以达标等问题。因此，开发出一种工艺流
超疏水复合涂料，常温固化 12 h，制备出待测样品。
程简单、经济性好且稳定的透明超疏水表面是提升
其实用水平的关键。 本实验中配制的涂料中纳米 SiO 2 质量分数分别为
制备疏水性 SiO 2 纳米粒子通常先利用 Stöber 法 [12] 0、0.5%、1.0%、2.0%、5.0%，中性硅酮胶的质量
分数均为 1.5%。
合成单分散的纳米 SiO 2 ，再运用长链有机硅烷修饰
1.3 涂层性能测定
其表面即可得到目标产物，该方法成熟经济，已经
润湿性：用微量进样器取约 5 μL 去离子水滴在
具备批量化生产的能力。中性硅酮胶是一类价格低
样品表面，采用接触角测量仪测量样品水接触角。
廉且性能优良的胶粘剂，常用于玻璃、金属以及橡
并重复在样品的不同位置测量 5 次，取平均值作为
胶等材料的粘接与固定。其主要成分有羟基封端聚
测量值。
二甲基硅氧烷、气相二氧化硅、交联剂以及固化剂
等，在固化过程中通过交联反应生成以聚硅氧烷为 FTIR：采用傅里叶变换红外光谱仪表征样品的
1
骨架的稳定三维网络结构 [13] 。疏水性纳米 SiO 2 和中 化学结构，分辨率为 4 cm ，扫描次数 32 次。
性硅酮胶在实际生产及生活中得到广泛应用，但同 表面形貌：对样品进行喷金处理，采用场发射
时用于制备超疏水表面的研究鲜有报道。 扫描电子显微镜观察样品表面形貌，加速电压为
本实验利用中性硅酮胶良好的粘结作用以及疏 5.0 kV，工作距离为 3.1 mm。
水纳米 SiO 2 的低表面能特性，对两者进行物理共混， 透光率：采用紫外-可见分光光度计测试样品的
采用喷涂法在玻璃基底上构筑出多孔网络状的微纳 透光率，波长范围为 380~820 nm，扫描间隔为 1 nm。
复合粗糙结构，制得稳定性较好的透明超疏水表面。 附着力：依据规范 GB/T9286—1998 [14] 采用附
由于该法具有操作简单，成本低，可重复性好以及 着力测试仪测试样品的附着力。
安全环保等优点，有望实现在光学器件上的大面积
应用和推广。 2 结果与讨论

1 实验部分 2.1 红外光谱分析
硅酮胶、纳米 SiO 2 、硅酮胶/SiO 2 的红外光谱分
1
1.1 试剂及仪器 析结果如图 1 所示。在 3400 和 1600 cm 附近的宽
2
疏水性纳米 SiO 2 (R972)，比表面积（110±20）m /g， 峰是—OH 伸缩振动吸收峰，说明样品可能吸附了