【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于表面功能化涂层制备的，具体涉及一种透明超滑抗结冰表面及其制备方法。
技术介绍
1、以往的抗结冰主要通过加热、机械敲打等主动方式实现，近年来随着材料科学的发展，被动式抗结冰表面获得了广泛关注，透明超疏水抗结冰表面成为交通运输、能源、建筑等领域的研究热点。制备抗结冰表面主要考虑两个方面，其一是减小固液接触面积，其二是减少固液接触时间。在以往针对抗结冰表面的研究中，往往聚焦于静态疏水性，即水滴在表面的接触角，超疏水表面通过使液滴与表面形成大于150°的接触角且小于10°的滚动角，来有效降低固液接触面积，并在一定程度上减少接触时间。实现超疏水需具备合适的表面粗糙度，如微米、纳米级粗糙结构，但在实际制备过程中，往往难以平衡表面的粗糙度与透明度，原因在于构建粗糙结构虽利于超疏水却会干扰光线透射，导致透明度降低。此外，静态疏水性虽然可有效延迟其结冰时间，但其仍不可避免导致结冰现象发生。
2、因此，相较而言，高动态疏水性，亦即减少液滴与表面的接触时间，从而使液滴在极小的倾斜角度下即可快速从表面脱落，可以更有效地防止结冰现象发生。注液表面(liquid-infused surface)与类液表面(liquid-like surface)是具有优异动态疏水性的代表性表面。然而，虽然注液表面可以有效提升表面抗结冰能力，但是由于注液表面的液体不稳定性，导致其有效工作时间较短，无法实现实际应用。而类液超滑表面由具有高流动性的高分子链组成，由于这些高分子链在与液滴接触时可轻易实现其构型转换，从而大大降低液滴在表面的吸附与摩擦力，呈
3、目前应用在抗结冰领域的类液超滑表面主要有平面和非平面两种类型。平面类液超滑表面由平滑表面上接枝高流动性高分子链来获得，如聚二甲基硅氧烷(pdms)和全氟聚醚(pfpe)等。然而，平面类液超滑涂层在抗结冰性能上仍存在一定劣势，由于其固液接触面积相对较大，一方面导致其传热较快而使表面液滴更易结冰，另一方面使得冰与表面的结合力增大，使得积冰难以去除。非平面类液超滑涂层则往往具有特殊的微观结构，如凸起、凹陷或其他不规则形状，这些结构可以有效减少接触面积，降低摩擦力和传热速度，但是类似于超疏水表面，这些微观结构同样使其透明度降低。
4、因此，制备一种透明度和抗结冰效果兼顾的超滑表面具有重要意义。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服上述现有技术中存在的问题，提供一种透明超滑抗结冰表面及其制备方法。
2、本专利技术是通过下述技术方案进行实现的：
3、第一方面，本专利技术提供一种透明超滑抗结冰表面的制备方法，包括以下步骤：
4、在基底表面涂覆光刻胶，再进行纳米压印，得到具有规则纳米结构的基底；
5、对所述具有规则纳米结构的基底进行等离子刻蚀，得到具有纳米复合结构的活化基底；
6、对所述具有纳米复合结构的活化基底表面进行硅烷偶联改性和接枝柔性聚合物分子链，即得所述透明超滑抗结冰表面。
7、本专利技术提供了一种透明超滑抗结冰表面的制备方法。首先，在基底表面涂覆光刻胶，通过纳米压印的方式得到具有规则纳米结构的表面。随后将基底放置在等离子反应室内，通过等离子体刻蚀，在规则纳米结构表面进一步获得纳米级复合粗糙表面。最后将基底进行硅烷偶联改性和接枝高流动性柔性聚合物分子链，得到了具备透明超滑抗结冰性质的表面。
8、优选地，所述基底包括硅片、玻璃、陶瓷、金属、塑料中的任意一种。
9、优选地，所述纳米压印的温度为80℃-150℃，压力为1.8mpa-2.5mpa，时间为2min-5min，紫外光固化的时间为10s-600s。
10、优选地，所述纳米压印的紫外光源波长为365nm，光源对准方式为光学对准。
11、优选地，所述规则纳米结构为纳米阵列，所述纳米阵列的形状为周期性排列的纳米柱状结构，直径或边长为50nm-100nm，高度为30nm-50nm，间隔为20nm-80nm。
12、具体的，所述周期性排列的纳米柱状结构可为圆柱或矩形柱，圆柱的直径或矩形柱的边长独立地为50nm-100nm，高度为30nm-50nm，相邻的柱状结构之间的间隔为20nm-80nm。
13、优选地，所述光刻胶的涂覆厚度为80nm-120nm。
14、优选地，所述光刻胶包括ipnr-pc1000、ipnr-pc2000、su-8光刻胶其中的一种。
15、优选地，再进行纳米压印前，对基底和压印模板进行清洗。
16、本专利技术采用纳米压印得到了非平面的纳米复合纹理，既能够保证涂层透明度，同时能够满足一定的表面粗糙度并降低固液接触面积。
17、优选地，所述等离子刻蚀时间为5min-15min。
18、优选地，所述等离子刻蚀时的气体流量为1sccm-18sccm，等离子电源电压为400v-800v。
19、本专利技术等离子刻蚀前经过纳米压印后的基底表面纳米结构排列较为规则，刻蚀后基底表面微观结构变得粗糙，在压印形成的纳米结构上产生纳米级的凹坑、凸起等结构。这种结构可以有效降低固液接触面积并降低固-液与固-冰间的结合力。同时，该复合结构能够提供更大的比表面积，为接枝柔性聚合物分子链提供更多的物理吸附位点和反应活性位点。当柔性聚合物分子链接枝时，能够使其更好地附着在基底表面，提高接枝密度。
20、优选地，所述硅烷偶联改性的改性剂包括γ-氨丙基三乙氧基硅烷(kh-550)、γ-环氧丙氧基三甲氧基硅烷(kh-560)、四乙氧基硅烷(teos)中的至少一种。
21、优选地，所述改性和接枝的方法为：将所述具有纳米复合结构的活化基底浸入含硅烷偶联改性剂和柔性聚合物分子链的溶液中；所述溶液中柔性聚合物分子链的浓度为0.5mg/ml-10mg/ml，硅烷改性剂的浓度为0.5mg/ml-5mg/ml。
22、优选地，所述含硅烷偶联改性剂和柔性聚合物分子链的溶液的溶剂为有机溶剂，所述有机溶剂包括甲苯。
23、优选地，所述柔性聚合物分子链包括聚二甲基硅氧烷(pdms)、全氟聚醚(pfpe)、长直链烷烃中的至少一种。
24、更优选地，所述长直链烷烃包括正癸烷、正十二烷、正十六烷、正十八烷中至少一种。
25、优选地，所述改性和接枝时的温度为50℃-80℃，时间为5h-8h。
26、优选地，对所述接枝后的基底进行干燥；更优选地，所述干燥的温度为50℃-80℃，时间为3h-6h。
27、本专利技术采用硅烷改性剂对活化后基底进行改性，再接枝柔性聚合物分子链接枝，柔性聚合物分子链凭借其自身的化学活性以及硅烷化处理后材料表面所提供的反应位点，与材料表面发生有效的化学键合，从而实现接枝。...
【技术保护点】
1.一种透明超滑抗结冰表面的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的透明超滑抗结冰表面的制备方法，其特征在于，所述基底包括硅片、玻璃、陶瓷、金属、塑料中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的透明超滑抗结冰表面的制备方法，其特征在于，所述纳米压印的温度为80℃-150℃，压力为1.8MPa-2.5MPa，时间为2min-5min，紫外光固化的时间为10s-600s。
4.根据权利要求1所述的透明超滑抗结冰表面的制备方法，其特征在于，所述规则纳米结构为纳米阵列，所述纳米阵列的形状为周期性排列的纳米柱状结构，直径或边长为50nm-100nm，高度为30nm-50nm，间隔为20nm-80nm。
5.根据权利要求1所述的透明超滑抗结冰表面的制备方法，其特征在于，所述等离子刻蚀时间为5min-15min。
6.根据权利要求1所述的透明超滑抗结冰表面的制备方法，其特征在于，所述等离子刻蚀时的气体流量为1sccm-18sccm，等离子电源电压为400V-800V。
7.根据权利要求1所述的透明超滑抗结
8.根据权利要求1所述的透明超滑抗结冰表面的制备方法，其特征在于，改性和接枝时的温度为50℃-80℃，时间为5h-8h。
9.根据权利要求1所述的透明超滑抗结冰表面的制备方法，其特征在于，所述改性和接枝的方法为：将所述具有纳米复合结构的活化基底浸入含硅烷改性剂和柔性聚合物分子链的溶液中；所述溶液中柔性聚合物分子链的浓度为0.5mg/mL-10mg/mL，硅烷改性剂的浓度为0.5mg/mL-5mg/mL。
10.权利要求1-9任一项所述的透明超滑抗结冰表面的制备方法制得的透明超滑抗结冰表面。
...【技术特征摘要】
1.一种透明超滑抗结冰表面的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的透明超滑抗结冰表面的制备方法，其特征在于，所述基底包括硅片、玻璃、陶瓷、金属、塑料中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的透明超滑抗结冰表面的制备方法，其特征在于，所述纳米压印的温度为80℃-150℃，压力为1.8mpa-2.5mpa，时间为2min-5min，紫外光固化的时间为10s-600s。
4.根据权利要求1所述的透明超滑抗结冰表面的制备方法，其特征在于，所述规则纳米结构为纳米阵列，所述纳米阵列的形状为周期性排列的纳米柱状结构，直径或边长为50nm-100nm，高度为30nm-50nm，间隔为20nm-80nm。
5.根据权利要求1所述的透明超滑抗结冰表面的制备方法，其特征在于，所述等离子刻蚀时间为5min-15min。
6.根据权利要求1所述的透明超滑抗结冰表面的制备方法，其特征在于，所述等离子刻蚀时的...
【专利技术属性】
技术研发人员：周国伟，邹晖，邢佳磊，陈欣，夏红鑫，时宁，彭晨光，吴晨曦，魏华兵，焦晨骅，陈川，孙林涛，计荣荣，汪全虎，戴鹏飞，刘威，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司科技创新中心，
类型：发明
国别省市：
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