Синтез супергидрофобных покрытий на основе наноструктуры кремнезема, модифицированного органосилановыми соединениями золь

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 548 (2023) Цитировать эту статью

1727 Доступов

2 цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

В настоящей работе супергидрофобное покрытие было синтезировано из сферических наноструктур кремнезема, модифицированных органосилановыми соединениями, для стеклянных поверхностей. Для оптимизации условий с точки зрения экономической эффективности и создания супергидрофобного покрытия с высоким углом смачивания был выполнен метод поверхности отклика модели центрального композитного дизайна (CCD) для метода Штёбера, а угол смачивания был определен как поверхность отклика модели. В качестве прекурсора использовали тетраэтоксисилан (ТЭОС), а для модификации поверхности сферической наноструктуры кремнезема, синтезированной одностадийным золь-гель методом с использованием базового катализатора, использовали поли(диметилсилоксан) (ПДМС). Точность исследования проверялась тестом измерения угла контакта и был получен угол 162°. Для исследования синтеза наноструктуры кремнезема были проведены анализы XRD, FT-IR, EDS, SEM, DLS и AFM. Химическую стойкость осуществляли в кислой, нейтральной и щелочной средах, углы смачивания составляли 127°, 134° и 90° соответственно, что свидетельствует о том, что покрытие, созданное на поверхности стекла, обладает хорошей химической стойкостью в кислой и нейтральной среде.

Умные покрытия — это наноматериалы, которые автоматически реагируют на изменения в окружающей среде, такие как тепло, свет, влажность, температура, давление и pH. Целью разработки таких покрытий с более высокими эксплуатационными характеристиками является увеличение срока службы изделия и значительное снижение затрат на техническое обслуживание1,2,3,4,5,6,7. Благодаря уникальным свойствам наноматериалов и растущему спросу на наноматериалы в таких секторах, как медицинская и автомобильная промышленность, исследования и разработки нанопокрытий заменяют традиционные полимерные покрытия8,9. Умные покрытия классифицируются в зависимости от применения, характеристик, реакционной способности, уровня сложности и методов производства. К активным чувствительным покрытиям относятся покрытия, чувствительные к коррозии и давлению. Огнезащитные покрытия бывают проникающие и непроникающие. Противопорошковые и антибактериальные покрытия известны как активирующие покрытия. К легкоочищаемым покрытиям относятся самоочищающиеся и антиграфитовые покрытия. Умные оконные покрытия представляют собой оптически активные покрытия. Другие покрытия не оставляют отпечатков пальцев, не отражают блики, не замерзают и не запотевают10. Сверхводостойкие покрытия — важная категория интеллектуальных покрытий, которым благодаря своим свойствам уделяется большое внимание. Эти покрытия могут быть использованы в любом из вышеперечисленных покрытий благодаря их уникальным свойствам. Например, из-за биоразложения их можно использовать в самовосстанавливающихся и антибактериальных покрытиях11,12,13,14, из-за морфологии и размера в самоочищающихся и антикоррозионных покрытиях15,16,17,18,19, а также из-за их химическим свойствам в антифризах и антипарах19,20,21.

Супергидрофобные поверхности известны двумя важными свойствами: первое — это шероховатость поверхности на микро- и наноуровне, а второе — сложная структура. Следовательно, для развития и изготовления упомянутых свойств можно использовать такие методы синтеза, как электрохимическое осаждение22, CVD23, послойное (LBL) осаждение24, гидротермальное25 и золь-гель26. Золь-гель метод состоит из двух стадий гидролиза и конденсации. В качестве сырья используются силан и алкоксиды металлов. Среди преимуществ золь-гель метода — низкотемпературный синтез, высокая чистота, точный контроль размера и распределения частиц, а также возможность создания новых кристаллических и некристаллических материалов27,28. Шероховатые поверхности можно создать с помощью SiO229, Al2O330 и CuSO431, а с помощью гидрофобных агентов, таких как поли(диметилсилоксан) (ПДМС)32, гексадецилтриметоксисилан (HDTMS)33, можно создать поверхности с низкой поверхностной энергией.

Целью использования поверхности отклика (метода) является построение эксперимента, исследующего возможность квадратичного взаимодействия между параметрами в эксперименте. С помощью метода ПЗС можно улучшить, оптимизировать процесс, а также диагностировать проблемы и слабые места процесса, в результате спроектировать устойчивый к внешним воздействиям процесс, позволяющий получить годный продукт34.