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基本信息
- 項目名稱：
- 超強(qiáng)疏水納米擋風(fēng)玻璃的研制
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 課題由荷葉仿生結(jié)構(gòu)出發(fā)，研究納米凹凸表面對材料疏水性的影響，探索出簡便通用的納米級擋風(fēng)玻璃生產(chǎn)方法，將納米仿生材料推向工程應(yīng)用領(lǐng)域。該項目的切入點正是與人們?nèi)粘Ｉ蠲芮邢嚓P(guān)的領(lǐng)域。 本作品采用多重覆膜的超強(qiáng)疏水性透明涂層制備方法，并自組裝低表面能化合物，既保證了涂層的超強(qiáng)疏水性，與水接觸角>150°，又保證了材料的高透明性，透光率>95%。該方法提高了涂層的機(jī)械強(qiáng)度，能滿足實際應(yīng)用的需要。該涂層通過化學(xué)鍵與基材牢固結(jié)合，抗化學(xué)腐蝕，耐高溫；且涂層一經(jīng)生成，便可終生使用。該技術(shù)可應(yīng)用到織物、金屬、陶瓷、建筑材料、醫(yī)用材料等多種領(lǐng)域，為材料提供堅固持久的超疏水保護(hù)膜。該技術(shù)在不遠(yuǎn)的將來一定會走入千家萬戶，具有廣闊的應(yīng)用前景。
- 詳細(xì)介紹：
- “超強(qiáng)疏水納米納米擋風(fēng)玻璃”是同學(xué)們由荷葉表面超疏水結(jié)構(gòu)出發(fā)，采用納米技術(shù)研制開發(fā)，與人們生活密切相關(guān)的產(chǎn)品。它是利用特殊化學(xué)手段，在玻璃表面形成一層厚度為納米級的透明防護(hù)膜，使玻璃表面具有強(qiáng)烈的疏水特征，使水滴無法形成干擾人視線的不規(guī)則水膜，同時使落在玻璃表面的灰塵、油污、蟲漿很容易被清洗掉，除去油漬、污垢，令玻璃更加光潔透亮。納米超疏水涂層覆蓋在玻璃表面，與玻璃牢固結(jié)合，完全不影響玻璃的光學(xué)性能，抗化學(xué)腐蝕，耐高溫；而且十分耐磨，能承受強(qiáng)烈的摩擦而不脫落，一經(jīng)生成，終生使用。 如將本技術(shù)用于汽車、飛機(jī)、航天器等的擋風(fēng)玻璃，不僅可以減少空氣中灰塵等污染物的污染，還能夠使其在高濕度環(huán)境或雨天保持很高的相對透明度，雨水在玻璃表面迅速凝聚成水滴，并很快滾落，帶走玻璃表面的污物，使玻璃表面保持清潔、大大改善人們在雨天夜間行駛過程中的視野，提高了駕駛的安全性。再如若將這種透明的超疏水性涂層用于高層建筑物的窗玻璃和幕墻，玻璃表面的污染物可以借助雨水的作用帶走，減少高層建筑玻璃清洗的次數(shù)，避免高空作業(yè)清洗玻璃的危險。另外，這種自潔性涂層由于具有較低的表面自由能，能夠阻止或減少水汽、冰雪以及其他污染物在固體表面的附著，在航空、航天等領(lǐng)域也具有重要的應(yīng)用價值。 此外本作品的制作步驟簡單、操作方便、穩(wěn)定性高、成本低廉，特別適合工廠成批量加工生產(chǎn)和推廣，可用于生產(chǎn)各種類型的玻璃。同時，項目組正在開發(fā)應(yīng)用于金屬、陶瓷、建筑材料、醫(yī)用材料的超強(qiáng)疏水涂層，歡迎廠家共同合作。 現(xiàn)在，國內(nèi)外并沒有同樣效果的產(chǎn)品出現(xiàn)，我們的作品正在申請實用新型專利和發(fā)明專利，保護(hù)好知識產(chǎn)權(quán)，為將來的市場推廣奠定基礎(chǔ)。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 作品設(shè)計發(fā)明目的：制作超強(qiáng)疏水納米自清潔的玻璃，可用于汽車、高層建筑。并將該涂層技術(shù)應(yīng)用于多種金屬、陶瓷、建材，起到防銹、抗腐蝕作用。 基本思路：從荷葉表面納米凹凸自清潔疏水的原理出發(fā)，采用溫和且方便的浸潤提拉法和自組裝法，讓材料表面依靠化學(xué)鍵均勻涂布納米級粗糙涂層，憑借低表面能化合物自組裝作用牢牢結(jié)合在涂層表面，將超強(qiáng)疏水自清潔和高透明集于一身。 創(chuàng)新點：在國際上首次采用多重覆膜技術(shù)制備出納米凹凸，進(jìn)而對材料表面進(jìn)行改性。 技術(shù)關(guān)鍵：（1）材料表面的預(yù)處理；（2）原料的配比；（3）低表面能自組裝工藝。 主要技術(shù)指標(biāo)：超強(qiáng)疏水自清潔涂層，與水滴接觸角大于140°，且疏水性永久不變；涂層硬度>4H，表面不易磨損；納米凹凸與材料本身融為一體，水滴在材料表面不易浸潤，并能保證材料的透光度>95%。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 科學(xué)性： 先在玻璃或其他材料上經(jīng)預(yù)處理產(chǎn)生羥基，用溶膠-凝膠法在基材上獲得納米級的凹凸；再用低表面能化合物進(jìn)行自組裝制備出超強(qiáng)疏水納米涂層。該方法借助化學(xué)鍵牢固結(jié)合，并采用自組裝工藝以致涂層均勻，致密，持久。 先進(jìn)性： 與同類產(chǎn)品相比，自清潔：玻璃處理后表面水接觸角高達(dá)150°，水滴在其表面幾乎不能附著，達(dá)到自清潔的效果。耐高溫：涂層本身與基材通過化學(xué)鍵連接，在200℃下結(jié)構(gòu)保持不變?？顾嵝裕和繉颖砻鏋榈捅砻婺芪镔|(zhì)，不與各種強(qiáng)酸反應(yīng)；高透光：玻璃處理后對可見光的透光度高達(dá)95%。技術(shù)進(jìn)步：該方法溫和，簡便尤其適合現(xiàn)場施工，成本低廉。涂層一經(jīng)制作，效果永久。在玻璃工業(yè)領(lǐng)域，首次制備出與基材融為一體的納米凹凸透明涂層。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 該作品的研究論文于2007年6月在第二屆《中日化工年會》上以墻報的形式刊登出，獲得中日同行的一致好評。 該研究成果于2008年10月，參加《首屆國家大學(xué)生創(chuàng)新論壇》并作分會場報告，引起了全國高校同行的普遍關(guān)注。 該項目成果于2009年6月，獲得第十屆四川省“挑戰(zhàn)杯”學(xué)術(shù)科技作品競賽一等獎。
作品所處階段
- 工藝技術(shù)成熟，謀求合作推廣階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 合作
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品、磁盤、現(xiàn)場演示、圖片、錄像、樣品
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 使用說明:本產(chǎn)品為A、B兩種試劑，A試劑為納米二氧化硅溶膠，B試劑為低表面能化合物。使用時在玻璃等基材表面涂布A試劑，并進(jìn)行多重覆膜以生成納米凹凸，然后放入B試劑中進(jìn)行自組裝形成超疏水表面。技術(shù)特點及優(yōu)勢：、在普通玻璃表面進(jìn)行多重納米凹凸覆膜，技術(shù)簡單，效果明顯，并且方法獨特。 應(yīng)用范圍與推廣前景：本產(chǎn)品對基材的要求很低，可以廣泛應(yīng)用于汽車擋風(fēng)玻璃，高層建筑墻體，公交站牌等各種玻璃材料表面，并且能夠廣泛推廣應(yīng)用于金屬，陶瓷等材料。 市場分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測：市場上現(xiàn)有同類產(chǎn)品的價格大概為20元/平米，并且一般使用壽命較短（一個月左右）。而如采用本產(chǎn)品的技術(shù)進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)，其附加成本僅為1元/ 平米左右，且使用壽命長（永久使用）。如以市價的一半也就是10元/ 平米計算，銷售100平米就將有90元的經(jīng)濟(jì)效益。
同類課題研究水平概述
- 超疏水性透明涂層材料具有較低的表面自由能，因而具有許多獨特的表面性能，如自潔性、防污性、疏水疏油性等，在很多領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值。固體表面粗糙度對涂層的透明性和疏水性的影響是相互制約的。由于表面粗糙度的增大，增加了光線在涂層傳播過程中的散射作用。一方面，涂層疏水性由于表面粗糙度的增大而增強(qiáng)；另一方面，涂層的透明性卻隨粗糙度的增大而降低。因此，調(diào)控制備工藝，使表面具有適宜的粗糙度，同時滿足透明性和超疏水性的要求是制備超疏水性透明涂層的關(guān)鍵。 國際上對超疏水性透明涂層的研究始于20世紀(jì)50年代，到20世紀(jì)90年代末，隨著表面科學(xué)技術(shù)的發(fā)展尤其是表面研究技術(shù)手段的提高，人們對超疏水性涂層的研究給予了更大的關(guān)注，其誘人的潛在的應(yīng)用前景更激起人們更大的研究興趣。在這一領(lǐng)域傾注了更大的精力和人力，大大促進(jìn)了該領(lǐng)域研究的進(jìn)展，基礎(chǔ)理論研究和應(yīng)用研究都取得了巨大的成就。 機(jī)械法和微粒子填充法，石蠟和聚四氟乙烯(PTFE)是人們最早接觸的疏水性材料，以石蠟和PTFE為原料，采用機(jī)械方法使固體表面具有一定的粗糙度，或者采用PTFE粒子或其他粒子填充復(fù)合材料使表面具有一定的粗糙度，從而制得超疏水性的表面。由于采用這種方法制備的涂層是不透明的，因而限制了其應(yīng)用范圍。射頻等離子刻蝕法，Ogawa等采用射頻等離子體刻蝕的方法先對玻璃表面進(jìn)行處理，使之具有一定的粗糙度，然后再采用硅烷對表面進(jìn)行處理，得到透明的超疏水性玻璃。采用化學(xué)氣相沉積(CVD)技術(shù)制備超疏水性透明涂層方面進(jìn)行了大量的研究工作。他們通過控制氣相壓力和底材的溫度，使沉積膜的表面獲得粗糙度，以含有全氟烷基的硅烷作為氣源，通過在基體表面沉積膜，制得透明的超疏水性薄膜。這種方法條件苛刻，操作不方便，而且成本很高?？缮A物質(zhì)微粒成孔法，Nakajima等在超疏水性透明涂層的研究方面也作了大量的研究工作，他們將可升華的粉狀鋁化合物加入鋁溶膠中，在玻璃等底材表面成功制備一層具有一定粗糙度的氧化物涂層，涂層表面粗糙度可以通過控制溶膠體系中加入的可升華物質(zhì)的粒晶的大小及其用量加以控制，再采用氧基硅烷對涂層進(jìn)行處理，使表面具有低的表面自由能，從而具有超疏水性的性能。此種方法涂層硬度很差，應(yīng)用較難。 目前，人們對超疏水性透明涂層應(yīng)用的研究仍處于實驗室階段。將其應(yīng)用于實際生產(chǎn)中，尚具有一定的難度。
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