兼具光热效应和电热效应的柔性超疏水薄膜及其制备方法和应用

本发明属于功能高分子复合材料，具体涉及一种兼具光热效应和电热效应的柔性超疏水薄膜及其制备方法和应用。

背景技术：

1、柔性超疏水材料除了具有超疏水材料本身的功能外，其独特的可弯曲性，被广泛应用在柔性电子、仿生织物等领域。然而，与其他超疏水材料一样，柔性超疏水材料如长期处在高湿度、冰冻等复杂环境，也会丧失超疏水特性。因此，单一功能的柔性超疏水材料已经无法满足苛刻环境以及新兴领域中的使用需求。

2、具有光热效应和电热效应的超疏水材料可进行自蒸发、除冰等功能，而备受关注。然而，由于制备过程复杂、设备昂贵、原材料对环境造成污染等因素，其应用受到限制。同时，用于制备多功能超疏水材料的柔性基底的高分子材料的玻璃化转变温度较低，无法满足在高温下的使用要求。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的缺点和不足，本发明的首要目的在于提供一种具有光热效应和电热效应的柔性超疏水材料的制备方法，通过在高性能柔性基底表面喷涂功能性墨水、使其具有良好的光热效应、电热效应和超疏水性能。

2、兼具光热效应和电热效应的柔性超疏水薄膜的制备方法，按照下述步骤进行：

3、(1)将质量比为3:3～20：4:3的碳材料、二氧化硅、硅烷偶联剂、表面活性剂加入蒸馏水混合均匀，得到混合墨水；

4、其中，碳材料为碳纳米管、炭黑、石墨烯中的一种或多种。

5、硅烷偶联剂为乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷中的一种或多种。

6、表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基硫酸钠中的一种或多种。

7、(2)将柔性基底树脂溶液涂覆在玻璃基板上加热，使溶剂缓慢挥发，得到50微米的湿润柔性基底；

8、其中，柔性基底树脂为可溶性聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺或它们的共混物。

9、溶解基底树脂的溶剂为n-甲基吡咯烷酮、间甲酚、n,n-二甲基甲酰胺等高沸点溶剂。

10、树脂溶液的浓度为10mg ml-1～80mg ml-1。

11、加热温度为70～110℃，加热时间为10～24小时。

12、(3)将步骤(1)得到的混合墨水喷涂至步骤(2)所得的湿润柔性基底表面，干燥，得到涂层厚度为30微米的具有光热效应、电热效应、超疏水特性的薄膜。

13、其中，喷枪压力为0.4～1.2mpa，喷枪距基底的距离为5～20cm。

14、上述方法制备的具有光热效应和电热效应的柔性超疏水材料用于延迟结冰、除冰领域。

15、采用上述方法，具有如下的技术优点：

16、(1)本发明采用喷涂法制备多功能超疏水复合薄膜，制备过程简单易操作，易于大规模制备；

17、(2)本发明使用的原料易得且不含氟元素，成本低且环境友好；

18、(3)本发明涉及的多功能涂层镶嵌到柔性基底，具有良好的稳定性；

19、(4)本发明制备的多功能柔性超疏水材料可在较宽温度范围(-20℃

20、～280℃)内使用。

21、(5)本发明制备的多功能柔性超疏水材料具有良好的光热效应和电热效应，具有很好的延迟结冰性能和除冰性能。

技术特征：

1.一种兼具光热效应和电热效应的柔性超疏水薄膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法步骤如下：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，碳材料为：碳纳米管、炭黑或石墨烯中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，硅烷偶联剂为：乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷或乙烯基三甲氧基硅烷中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，表面活性剂为：十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵或十二烷基硫酸钠中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，碳材料、二氧化硅、硅烷偶联剂、表面活性剂的质量比为：3:3～20：4:3。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，柔性基底树脂为：可溶性聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺或二者的共混物；树脂溶液的浓度为10mg ml-1～80mg ml-1，溶解树脂的溶剂为：n-甲基吡咯烷酮、间甲酚或n,n-二甲基甲酰胺。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，加热温度为70～110℃，加热时间为10～24小时。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，喷枪压力为0.4～1.2mpa，喷枪距基底的距离为5～20cm。

9.一种根据权利要求1-8任一项所述方法制备的兼具光热效应和电热效应的柔性超疏水薄膜。

10.一种根据权利要求9所述的兼具光热效应和电热效应的柔性超疏水薄膜的应用，其特征在于，所述薄膜用于延迟结冰和除冰。

技术总结
本发明属于功能高分子复合材料技术领域，具体公开了一种兼具光热效应和电热效应的柔性超疏水薄膜及其制备方法和应用。包括以下步骤：(1)将碳材料、二氧化硅、硅烷偶联剂、表面活性剂加水混合均匀，得到混合墨水。(2)将柔性基底树脂溶液涂覆在玻璃基板上加热，使溶剂缓慢挥发。(3)将步骤(1)得到的混合墨水喷涂至步骤(2)所得的柔性基底表面，得到兼具光热效应和电热效应的柔性超疏水薄膜。本发明涉及的兼具光热效应和电热效应的柔性超疏水薄膜的制备方法简单，光热效应和电热效应优异，且能贴附在任何材料表面，此外，该兼具光热效应和电热效应的柔性超疏水薄膜可以用来延迟结冰和除冰。

技术研发人员：王艳宾,常承碧,何虔静,王标兵
受保护的技术使用者：常州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/29