采用添加剂制造法制备透明、微结构超疏水基底。

ty10086 提交于 周三, 08/25/2021 - 16:26
文章英文标题
Fabrication of Transparent and Microstructured Superhydrophobic Substrates Using Additive Manufacturing.
正文
我们分别报道了制备透明超疏水表面和三维( 3D )打印超疏水( SH )微结构的简单一步和两步工艺。在一步法中,聚二甲基硅氧烷( PDMS )溶液在350℃热处理4 h,同时生成PDMS-soot并沉积在载玻片上,得到透明的SH表面,无需进一步的化学改性。对于两步法,SH表面通过结合3D打印技术和方便的疏水涂层方法获得。在此,我们首先设计了具有特定表面参数的3D打印微结构基板,通过热力学计算,这些微结构基板有利于稳定的Cassie- Baxter ( CB )润湿状态。随后,我们用蜡烛碳烟( CS )或十八烷基三氯硅烷( OTS )溶液涂复3D打印微结构,制备出具有机械耐久性的超疏水表面。这些表面表现出超高的静态水接触角( CS和OTS涂层分别为CA、θ ≃ 158±2和147±2° )和低的水滴滚落角。在所制备的SH表面上,水滴的静态和动态(前进和后退)接触角均与Cassie- Baxter接触角的理论预测相吻合。此外,经过一年的保质期后,所制备的SH基片经超声水处理后仍能保持较好的超疏水性能,并能抵抗一些化学液滴。所有这些方法都是简单、经济、高效的过程。本发明的工艺、设计原理和接触角测量对于利用添加剂制备透明超疏水表面具有重要意义,可实现大规模生产,有望拓展自清洁超疏水材料的应用范围。
文章内容(英文)
We report facile one- and two-step processes for the fabrication of transparent ultrahydrophobic surfaces and three-dimensional (3D)-printed superhydrophobic (SH) microstructures, respectively. In the one-step method, polydimethylsiloxane (PDMS) solution is treated thermally at 350 °C for 4 h, while PDMS-soot is generated and deposited on a glass slide to obtain a transparent SH surface without further chemical modification. For the two-step approach, SH surfaces are obtained by incorporating a 3D printing technique with a convenient hydrophobic coating method. Herein, we first 3D-print microstructured substrates with particular surface parameters, which are designed to facilitate a stable gas-trapping Cassie-Baxter (CB) wetting state based on a thermodynamic calculation. We subsequently coat the 3D-printed microstructures with candle soot (CS) or octadecyltrichlorosilane (OTS) solution to make superhydrophobic surfaces with mechanical durability. These surfaces exhibit an ultrahigh static water contact angle (CA, θ ≃ 158 ± 2 and 147 ± 2° for the CS and OTS coating, respectively) and a low roll-off angle for water droplets. Both static and dynamic (in terms of the advancing and receding) contact angles of a water droplet on the fabricated SH surfaces are in good agreement with the theoretical prediction of Cassie-Baxter contact angles. Furthermore, after a one-year-long shelf time, the SH substrates fabricated sustain good superhydrophobicity after ultrasonic water treatment and against several chemical droplets. All of these methods are simple, cost-effective, and highly efficient processes. The processes, design principle, and contact angle measurements presented here are useful for preparing transparent and superhydrophobic surfaces using additive manufacturing, which enables large-scale production and promisingly expands the application scope of utilizing self-cleaning superhydrophobic material.
来源出处
Journal|[J]Langmuir2020.
DOI
https://doi.org/10.1021/ACS.LANGMUIR.0C02945

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