本發(fā)明涉及超疏水材料，尤其涉及一種超疏水sio2/rgo復(fù)合涂層制備方法及應(yīng)用。
背景技術(shù)：
1、在航空、鐵路運(yùn)輸、電力系統(tǒng)等多個(gè)領(lǐng)域，防止固體表面結(jié)冰至關(guān)重要，因?yàn)楸姆e累可能導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟(jì)損失和安全隱患。傳統(tǒng)的防冰/除冰方法，如機(jī)械除冰、化學(xué)除冰和電熱除冰，存在能耗高、效率低、環(huán)境不友好等缺點(diǎn)。近年來(lái)，受自然界水珠排斥表面啟發(fā)的超疏水表面因其卓越的水排斥性而受到廣泛關(guān)注。然而，現(xiàn)有超疏水涂層在低溫、高濕、腐蝕等極端環(huán)境條件下，仍面臨耐久性不足和化學(xué)穩(wěn)定性差等問(wèn)題。
2、為了克服上述挑戰(zhàn)，科研界已開(kāi)發(fā)出將光熱性能整合到超疏水涂層中的多功能材料體系。其中，還原氧化石墨烯(rgo)因其優(yōu)異的光吸收特性、良好穩(wěn)定性及環(huán)境友好性等特點(diǎn)，成為構(gòu)建光熱超疏水涂層的理想材料。然而，現(xiàn)有光熱超疏水涂層仍面臨制備工藝復(fù)雜(多步修飾/高溫處理)、化學(xué)穩(wěn)定性不足(強(qiáng)酸堿耐受性差)、長(zhǎng)期耐久性欠缺(紫外線老化/機(jī)械磨損)等關(guān)鍵瓶頸，嚴(yán)重制約其在極端環(huán)境工程領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。
3、因此，本發(fā)明提出了一種簡(jiǎn)便的溶膠-凝膠法制備超疏水sio2/rgo復(fù)合涂層，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提供一種具有優(yōu)異光熱性能、超疏水性和化學(xué)穩(wěn)定性的復(fù)合涂層。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明提供一種超疏水sio2/rgo復(fù)合涂層制備方法，該涂層結(jié)合了超疏水性和光熱轉(zhuǎn)換功能，旨在解決固體表面結(jié)冰問(wèn)題，并適用于多種惡劣環(huán)境下的防冰/除冰和耐化學(xué)腐蝕的應(yīng)用。
2、本發(fā)明提供的超疏水sio2/rgo復(fù)合涂層制備方法及應(yīng)用包括以下步驟：
3、步驟1：將超純水、無(wú)水乙醇與氫氧化銨混合，形成堿性環(huán)境；
4、步驟2：向步驟1所得的混合液中加入二氧化硅(sio2)粉末和氧化石墨烯(go)，并進(jìn)行攪拌，形成懸浮液，此過(guò)程中g(shù)o被還原成rgo；
5、步驟3：向步驟2所得的懸浮液中加入硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行表面修飾反應(yīng)；
6、步驟4：使用乙醇對(duì)步驟3所得的產(chǎn)物進(jìn)行洗滌，去除未反應(yīng)的硅烷偶聯(lián)劑，并進(jìn)行離心處理得到改性顆粒；
7、步驟5：將步驟4所得的改性sio2與rgo加入乙醇-水混合溶劑中靜置；
8、步驟6：向步驟5所得的混合物中加入氟癸基硅烷(fas)進(jìn)行反應(yīng)，賦予超疏水特性；
9、步驟7：使用乙醇對(duì)步驟6所得的產(chǎn)物sio2/rgo復(fù)合粒子進(jìn)行洗滌，去除副產(chǎn)物，并分散于四氫呋喃(thf)中；
10、步驟8：通過(guò)噴涂工藝將步驟7所得的sio2/rgo復(fù)合粒子沉積于基體表面，形成超疏水sio2/rgo復(fù)合涂層。
11、優(yōu)選的，所述步驟3中，硅烷偶聯(lián)劑包括γ-氨基丙基三乙氧基硅烷(kh550)和乙烯基三乙氧基硅烷(vets)，以提供所需的表面修飾效果。
12、優(yōu)選的，所述步驟4中，洗滌次數(shù)為三次，離心處理的轉(zhuǎn)速為12,000轉(zhuǎn)/分鐘，以確保徹底去除未反應(yīng)的硅烷偶聯(lián)劑。
13、優(yōu)選的，所述步驟5中，改性sio2與rgo的質(zhì)量比為1:3，靜置時(shí)間為48小時(shí)，以確保兩者充分混合。
14、優(yōu)選的，所述步驟6中，fas加入后的反應(yīng)時(shí)間為24小時(shí)，以賦予復(fù)合粒子超疏水特性。
15、優(yōu)選的，所述步驟8中，基體表面包括玻璃和銅基體，通過(guò)噴涂工藝將sio2/rgo復(fù)合粒子均勻沉積于基體表面。
16、本發(fā)明還提出一種超疏水sio2/rgo復(fù)合涂層的應(yīng)用，將上述制備方法所制得的超疏水sio2/rgo復(fù)合涂層應(yīng)用于防冰/除冰領(lǐng)域，特別是在交通、航空航天和電力傳輸?shù)葠毫迎h(huán)境中。
17、優(yōu)選的，所述涂層在模擬太陽(yáng)光照射下，能夠顯著延遲結(jié)冰并加速冰層融化，同時(shí)表現(xiàn)出優(yōu)異的耐腐蝕性和抗沖擊性。
18、與相關(guān)技術(shù)相比較，本發(fā)明提供的超疏水sio2/rgo復(fù)合涂層制備方法具有如下有益效果：
19、增強(qiáng)的光熱性能：本發(fā)明通過(guò)簡(jiǎn)便的溶膠-凝膠法制備的超疏水sio2/rgo復(fù)合涂層具有高光吸收率和光熱轉(zhuǎn)換效率，能夠在模擬太陽(yáng)光照射下迅速升溫，有效延遲和融化冰層。
20、優(yōu)異的超疏水性：涂層表面水接觸角超過(guò)170°，表現(xiàn)出卓越的水排斥性，能夠防止水滴在表面滯留，進(jìn)一步減少冰的形成。
21、良好的耐腐蝕性和化學(xué)穩(wěn)定性：涂層在強(qiáng)酸和強(qiáng)堿溶液中浸泡24小時(shí)后仍保持超疏水性，顯示出優(yōu)異的耐腐蝕性和化學(xué)穩(wěn)定性，適用于惡劣環(huán)境中的應(yīng)用。
22、長(zhǎng)期耐久性和抗沖擊性：涂層具有良好的抗沖擊性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性，能夠在連續(xù)水流沖擊和自然通風(fēng)環(huán)境中保持性能穩(wěn)定，延長(zhǎng)使用壽命。
23、廣泛的應(yīng)用前景：該涂層在交通、航空航天、電力傳輸?shù)阮I(lǐng)域具有廣闊的工業(yè)應(yīng)用前景，能夠有效解決冰積累帶來(lái)的問(wèn)題，保障安全和穩(wěn)定運(yùn)行。
1.一種超疏水sio2/rgo復(fù)合涂層制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.如權(quán)利要求1所述的超疏水sio2/rgo復(fù)合涂層制備方法，其特征在于，所述步驟3中，硅烷偶聯(lián)劑包括γ-氨基丙基三乙氧基硅烷(kh550)和乙烯基三乙氧基硅烷(vets)，以提供所需的表面修飾效果。
3.如權(quán)利要求1所述的超疏水sio2/rgo復(fù)合涂層制備方法，其特征在于，所述步驟4中，洗滌次數(shù)為三次，離心處理的轉(zhuǎn)速為12,000轉(zhuǎn)/分鐘，以確保徹底去除未反應(yīng)的硅烷偶聯(lián)劑。
4.如權(quán)利要求1所述的超疏水sio2/rgo復(fù)合涂層制備方法，其特征在于，所述步驟5中，改性sio2與rgo的質(zhì)量比為1:3，靜置時(shí)間為48小時(shí)，以確保兩者充分混合。
5.如權(quán)利要求1所述的超疏水sio2/rgo復(fù)合涂層制備方法，其特征在于，所述步驟6中，fas加入后的反應(yīng)時(shí)間為24小時(shí)，以賦予復(fù)合粒子超疏水特性。
6.如權(quán)利要求1所述的超疏水sio2/rgo復(fù)合涂層制備方法，其特征在于，所述步驟8中，基體表面包括玻璃和銅基體，通過(guò)噴涂工藝將sio2/rgo復(fù)合粒子均勻沉積于基體表面。
7.一種超疏水sio2/rgo復(fù)合涂層的應(yīng)用，其特征在于：將權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的制備方法所制得的超疏水sio2/rgo復(fù)合涂層應(yīng)用于防冰/除冰領(lǐng)域，特別是在交通、航空航天和電力傳輸?shù)葠毫迎h(huán)境中。
8.如權(quán)利要求7所述的超疏水sio2/rgo復(fù)合涂層的應(yīng)用，其特征在于，所述涂層在模擬太陽(yáng)光照射下，能夠顯著延遲結(jié)冰并加速冰層融化，同時(shí)表現(xiàn)出優(yōu)異的耐腐蝕性和抗沖擊性。