研究目的
采用溶胶-凝胶法并结合PFTS表面改性,在聚碳酸酯基材上制备并表征透明、坚硬且具有自清洁功能的纳米杂化涂层,旨在提升硬度、透光率及疏水性,应用于太阳能电池、汽车和光学透镜领域。
研究成果
基于GPTMS和二氧化硅纳米颗粒改性的纳米杂化涂层表现出硬度提升(3H)、高透明度(550 nm处透光率95%)、疏水性(接触角110°)及有效的自清洁性能。该涂层适用于太阳能电池、汽车和光学透镜领域,有望降低维护成本。未来工作应聚焦于实现超疏水性并增强机械耐久性。
研究不足
该涂层的水接触角达到110°,具有疏水性但未达到超疏水标准(通常>150°),从而限制了自清洁效率。该研究未对机械耐久性或环境条件下的长期稳定性进行广泛测试。优化等离子体蚀刻参数和纳米颗粒分布可提升性能。
1:实验设计与方法选择:
本研究采用溶胶-凝胶浸渍涂覆法在聚碳酸酯基材上沉积GPTMS-二氧化硅纳米杂化涂层,随后通过PFTS表面改性赋予疏水性。表征方法包括场发射扫描电镜(FE-SEM)、能谱分析(EDS)、原子力显微镜(AFM)、衰减全反射傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)、紫外-可见-近红外分光光度计(UV-vis-NIR)、水接触角分析、胶带剥离测试、铅笔硬度测试及自清洁性能评估。
2:样品选择与数据来源:
使用聚碳酸酯基材(5.00×5.00 cm2)。材料包括GPTMS、EDA、乙醇、HCl、二氧化硅纳米颗粒(20 nm)和PFTS,购自Merck、Technan和Aldrich公司。
3:00×00 cm2)。材料包括GPTMS、EDA、乙醇、HCl、二氧化硅纳米颗粒(20 nm)和PFTS,购自Merck、Technan和Aldrich公司。 实验设备与材料清单:
3. 实验设备与材料清单:设备:场发射扫描电镜(Hitachi S4160)、能谱仪、原子力显微镜(DS95-200)、衰减全反射傅里叶变换红外光谱仪(Bruker Tensor 27)、紫外-可见-近红外分光光度计(岛津UV-3100)、水接触角分析仪、等离子体刻蚀机(Plasma Fanavar Co,13.56 MHz)、超声波清洗器。材料:GPTMS、EDA、乙醇、HCl、二氧化硅纳米颗粒、PFTS、聚碳酸酯基材。
4:0)、能谱仪、原子力显微镜(DS95-200)、衰减全反射傅里叶变换红外光谱仪(Bruker Tensor 27)、紫外-可见-近红外分光光度计(岛津UV-3100)、水接触角分析仪、等离子体刻蚀机(Plasma Fanavar Co,56 MHz)、超声波清洗器。材料:
4. 实验流程与操作步骤:基材经清洁后进行氧等离子体刻蚀(200 W,0.5托,4 sccm,10分钟),随后浸入杂化溶胶中涂覆(浸渍10秒,提拉速度2 mm/s),80°C干燥60分钟,再浸入PFTS溶胶改性5分钟(提拉速度3 mm/s),80°C干燥30分钟,改性前额外进行氩等离子体刻蚀(200 W,0.3托,4 sccm,30分钟)。所有表征均在处理后进行。
5:实验流程与操作步骤:
5. 数据分析方法:通过光谱、显微及接触角测量数据分析涂层性能,包括形貌、成分、粗糙度、透光率、硬度、附着力及疏水性。
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Field Emission Scanning Electron Microscope
S4160
Hitachi
Characterize surface morphology of the samples
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Attenuated Total Reflectance Fourier Transform Infrared Spectroscopy
Tensor 27
Bruker
Characterize the hybrid film using infrared spectroscopy
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UV–Vis-NIR Spectrophotometer
UV-3100
Shimadzu
Record transmittance spectra of the thin films
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Atomic Force Microscopy
DS95-200
Denmark
Measure surface roughness of the thin films in tapping mode
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Water Contact Angle Analyzer
Perform water contact angle measurements using sessile drop method
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Plasma Etcher
Plasma Fanavar Co
Perform plasma etching on substrates for cleaning and adhesion improvement
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