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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 ·1337·

表 1 不同纳米 SiO 2 用量对涂层水接触角的影响
Table 1 Influence of different nano-SiO 2 contents on the water contact angles of the coatings
SiO 2 质量分数/%

0 0.5 1.0 2.0 5.0

水滴照片

接触角/(°) 112.5±1.4 155.2±2.6 163.2±0.8 169.8±0.7 169.0±1.5

图 3 为超疏水复合涂层的自清洁过程。如图 3 粉全部带走，并且涂层表面没有残留任何水痕，用
所示，将少量的碳粉置于倾斜放置的超疏水玻璃表 滤纸测试也是干燥的，这说明制备的超疏水复合涂
面，从注射器针头喷出的水滴很容易通过滚动将碳 层具有一定的自清洁性能。

图 3 超疏水复合涂层的自清洁效应
Fig. 3 Self-cleaning effect of the superhydrophobic composite coatings

2.4 透明性分析 均粒径 d 增大，进而散射截面积 增大，导致光线的
s
涂层的透明性与疏水性往往存在相互制约的关 散射作用增强，涂层透光率随之下降。在 380~760 nm
系，表面粗糙度增加，涂层的疏水性随之提高，但 的可见光范围内，含有质量分数 5.0% SiO 2 的涂层的
透明性会降低。相关文献 [17-18] 指出，在可见光范围 平均透光率仅为 66.7%，其余纳米 SiO 2 含量下的涂
内，可以通过适当的工艺将表面粗糙度降低至 100 nm 层的平均透光率均在 80%以上，其中硅酮胶涂层的
以下或者提高到几微米以上，此时涂层兼具良好的 平均透光率达到 88.7%，比较接近玻璃的平均透光率
超疏水性和透明性，因此，表面粗糙度的控制对于 （91.4%）。图 5 直观地反映上述观点，普通玻璃和
制备透明超疏水涂层至关重要，这也意味着纳米 含量小于 5.0% SiO 2 所制备的超疏水玻璃下的字体
SiO 2 的含量对于涂层透光率有很大影响。当表面粗 和校徽都很清晰。综合考虑疏水性和透明性两个因
糙度尺寸接近或大于入射波的波长时，可近似用 素，复合涂层的纳米 SiO 2 最佳质量分数应为 2.0%，
Mie 散射公式 [19-20] 解释 SiO 2 和硅酮形成的微纳粗糙 平均透光率为 82.9%。
结构对光线的散射作用，即

) a 
(  2 / d 2   )  ( 2 1 )n  ( b （1）
s n n
n 1
2
式中：  为散射截面积，nm ；d 为粒子的直径，nm；
s
a 和 b 为 Mie 散射系数，与材料的电磁特性有关。
n
n
图 4 为不同纳米 SiO 2 含量下涂层的透光率曲
线，图中百分数指 SiO 2 的质量分数。图 5 为普通玻
璃和超疏水玻璃的光学照片。由图 4 可以看出，随
着 SiO 2 含量增加，涂层的透明性逐渐下降，含有
0~2.0% SiO 2 的涂层透光率较大且相近，而 SiO 2 质

量分数为 5.0%时涂层透光率下降很明显。结合式
图 4 不同纳米 SiO 2 含量对涂层透光率的影响
（1）可知，由于 SiO 2 用量的增加会与硅酮胶形成 Fig. 4 Influence of different nano-SiO 2 content on the light
更多的表面微纳结构，这些增多的粗糙结构使其平 transmittance of the coatings