Супергидрофобные и супергидрофильные поверхности на основе наночастиц

Супергидрофобные и супергидрофильные поверхности на основе наночастиц

1. Получение прозрачных супергидрофобных поверхностей методом спрей-коутинга

Одной из существенных проблем обслуживания и стоимости, связанных с системами преобразования солнечной энергии, является загрязнение из-за накопления пыли и других загрязняющих веществ. В данной работе описывается масштабируемый подход для нанесения антискользящих покрытий на основе супергидрофобных частиц диоксида кремния с использованием метода спрей-коутинга. Такие покрытия помогут снизить затраты на периодическую очистку систем преобразования солнечной энергии (фотоэлектрических панелей и концентрированных солнечных зеркал).

Большой краевой угол смачивания является одной из характеристик качественных супергидрофильных (SH) поверхностей, а из-за низкой поверхностной энергии и низких сил адгезии скорость загрязнения снижается.

Результаты исследования показывают, что краевой угол смачивания сильно зависит от отношения полимерного связующего и наночастиц. После промывки растворителем значительно улучшилась поверхность наночастиц у образцов с напылением. Прочность SH-покрытий повышалась, если подложку предварительно обрабатывали полимерным связующим и выжидали оптимальное время, за которое произошло бы отверждение – между 30 и 60 минутами.

Исследовательская группа разработала систему распылительного покрытия для осаждения пленки наночастиц кремнезема на стеклянных подложках (с размерами до 210 мм × 297 мм) с использованием 5 psi (фунт на квадратный дюйм) давления распыления с 4-слойными циклами. Пистолет-распылитель имел диаметр 0,5 мм и высокоэффективный воздушный колпачок. Подложки с нанесенным распылением были вертикально промыты свежим органическим растворителем (ацетоном). Избыток связующего полимера промывали растворителем перед отверждением полимерного связующего в течение 30 мин. Промытые пробы сушили при 60° С в течение ночи в печи и затем охлаждали до комнатной температуры.

Тонкие пленки наночастиц кремнезема осаждались на стеклянных подложках с использованием коллоидных растворов диоксида кремния в условиях окружающей среды. Образцы с покрытием из диоксида кремния сушили при 65° С в течение 10 мин в печи и затем давали остыть до комнатной температуры. Некоторые из образцов предварительно обрабатывали полимерным связующим веществом и изменяли время отверждения до распыления покрытия раствором из наночастиц. Распыленные покрытия демонстрировали хорошее супергидрофобное поведение с водой с углом смачивания > 150°.

Источник: Polizos G. et al. Transparent superhydrophobic surfaces using a spray coating process //Solar Energy Materials and Solar Cells. – 2017.

1. Широкополосные антибликовые супергидрофильные незапотевающие нанопокрытия на основе трехслойной системы

Многофункциональные нанопокрытия с повышенной смачиваемостью, уникальными оптическими свойствами и высокой механической прочностью очень востребованы из-за их широкого применения. Однако до сих пор по-прежнему очень сложно сбалансировать отношения между этими свойствами из-за конфликтов в структурах.

В данном исследовании методом дип-коутинга были изготовлены широкополосные антибликовые супергидрофильные незапотевающие нанопокрытия на основе трехслойной системы. Покрытие дендример-подобных мезопористых наночастиц кремнезема в качестве верхнего слоя не только увеличивает шероховатость поверхности покрытия для повышения смачиваемости, но также обеспечивает высокий коэффициент пропускания покрытых стеклом подложек.

Химическое осаждение из паровой фазы выполняется для улучшения механической стабильности нанопокрытий. Полученная в итоге стеклянная подложка с оптимальным нанопокрытием имеет высокий коэффициент пропускания (97,7% на длине волны 494 нм и увеличение на 5,0% среднего пропускания в диапазоне видимых длин волн 390-780 нм), супергидрофильную незапотевающую природу и хорошую механическую прочность.

Эта работа иллюстрирует способ исследования сбалансированных структурных параметров для получения многофункциональных нанопокрытий, использующихся для оптических устройств и сбора энергии.