1. 研究目的与意义
国际上对超疏水性涂层的研究始于 20世纪 50年代，到 20世纪 90年代末，随着表面科学技术的发展尤其是表面研究技术手段的提高，人们对超疏水性涂层的研究给予了更大的关注，其诱人的潜在的应用前景更激起人们更大的研究兴趣.在这一领域倾注了更大的精力和人力，大大促进了该领域研究的进展，基础理论研究和应用研究都取得了巨大的成就.本文介绍了超疏水性透明涂层的研究的理论最新发展、超疏水性透明涂层的制备方法以及该领域近年来取得的一些重要研究成果，并扼要分析了该研究领域今后的发展方向.超疏水性透明涂层材料具有较低的表面自由能，因而具有许多独特的表面性能，如自洁性、防污性、疏水疏油性等，在很多领域具有潜在的应用价值.如将此类材料用于玻璃表面制成自洁性玻璃，可以作为汽车、飞机、航天器等的挡风玻璃，不仅可以减少空气中灰尘等污染物的污染，还能够使其在高湿度环境或雨天保持相对透明度，雨水在玻璃表面迅速凝聚成水滴，并很快滚落，带走玻璃表面的污物，使玻璃表面保持清洁.大大改善人们在雨天夜间行驶过程中视野，提高驾驶的安全性.再如，若将这种透明的超疏水性涂层用于高层建筑物的窗玻璃和幕墙，玻璃表面的污染物可以借助雨水的作用带走，减少高层建筑玻璃清洗的次数，避免清洗玻璃高空作业的危险.另外，这种自洁性涂层由于具有较低的表面自由能，能够阻止或减少水汽、冰雪以及其他污染物在固体表面的附着，在航空、航天等领域也具有重要的应用价值.自清洁表面因为独特的浸润性，表现出优异的防 雾、防污、防覆冰、防腐蚀等性能，受到越来越多关注。 虽然目前研究已经取得了不俗的成绩，但是还是有一 系列的问题有待解决。比如提高自清洁涂层的附着 力与耐久性，制备方法及工艺设备的简单化等。 未来应着重设计并应用自清洁涂层表面的润湿性。可由光诱导控制改变的 TiO2 自清洁涂层，包括 开发更多的对光响应的新型材料，赋予新材料生物活 性及生物相容性等。
2. 课题关键问题和重难点
实验最重要的为制备 SiO2 /TiO2 复合溶胶。本次实验将采用溶胶凝胶法制备，制备SiO2 /TiO2 复合溶胶，然后浸渍提拉、旋转图层或喷涂法将溶胶涂与经过清洁的有机体表面，在经过干燥焙烧，在载体表面形成一层薄膜。用溶胶凝胶一般以硅酸盐为前驱体，溶解于乙醇、丙醇或丁醇等溶剂中形成均相溶液，有时为防止硅酸盐剧烈水解常加入抑制剂，比如乙钛病痛、硝酸、氨水等，均相溶液在强烈搅拌下滴入少量的水，硅酸盐水解形成溶胶，然后再放入Tio2粉末，搅拌使Sio2溶胶包裹Tio2，制备 SiO2 /TiO2 复合溶胶。其中容易使Sio2包裹Tio2过于致密，使所制溶胶中Tio2的光催化效果下降，为使其保持良好的疏水性，含氟物质和硅酸盐的用量成为讨论重点。实验中还要检测甲醛溶液中甲醛含量的变化，将涂有SiO2 /TiO2 复合溶胶的玻璃片浸泡在甲醛溶液中，放于紫外灯下使其甲醛分解，浸泡过程中所制薄膜具有疏水性，也会影响催化甲醛的效果。
3. 国内外研究现状（文献综述）
获得超疏水表面的手段通常是降低表面能或在表面构造微纳米粗糙结构或者二者兼具。Yang 等利用 CaCO3 /SiO2 制备出桑葚状复合物颗粒，再 用聚二甲基硅氧烷进行表面修饰与自组装，成功制备 出超疏水表面。经测试，该表面水接触角与滚动角分别为(164 2. 5)及 5。其杰出的超疏水性可以归 因于微纳米尺寸的粗糙度(基于复合物颗粒)和低表 面能(基于聚二甲基硅氧烷)的协同作用。同理，涂层表面粗糙度也可以由其他活性纳米颗 粒构造，如添加活性 Al2O3 纳米颗粒可以实现粉末涂 层表面的超疏水性。李站铁等将活性 Al2O3 纳 米颗粒与全氟聚醚改性聚酯树脂、颜填料、流平剂、助剂、固化剂等按照一定比例加入高速混合机中搅拌均 匀，采用双螺杆挤出机熔融挤出，再经过压片、破碎、筛分，制备得到氟碳 － 纳米自清洁粉末涂料。应用静 电喷涂设备涂装在金属基材上，经 200 ℃加热固化，形成超疏水涂层。当纳米 Al2O3 颗粒的添加量为10%时，涂层的水滴接触角可达到165。添加纳米SiO2 颗粒也可实现超疏水性，如黄硕 等采用机械共混法，向 PRTV(用于电力系统的长 效防污闪涂料的简称)硅橡胶涂料中添加疏水性纳米 SiO2 颗粒，成功制备出超疏水性的复合涂料，使其 涂层的水接触角从原来的 106提高到150。实验研究表明，纳米SiO2 颗粒的填充量影响涂膜表面的微结构，在一定范围内，二氧化硅在复合涂料中的添加量越大，涂膜表面的纳米 － 微米结构越均匀，表面疏 水性能越好。然而超疏水性涂层制备工艺繁琐、条件苛刻也是限制其广泛应用的一个因素。喷涂或滚涂等方式制备自清洁涂层将会对其应用有一定助力。王苏浩 等将聚苯硫醚的乙醇分散液和 SiO2的乙醇分散 液以一定比例混合均匀，然后用喷枪将混合液喷涂至 玻片或瓷砖表面，并在 160 ～ 300 ℃的温度下热处理 1. 5 h 后成功制备得到超疏水复合涂层。研究发现， 当二者质量比为 1∶ 1，且热处理温度为 280 ℃时，涂 层最大水滴接触角为158，滚动角约为4。Xu 等 用全氟辛酸改性 TiO2 与聚苯乙烯的四氢呋喃溶液按 一定比例充分混合，然后喷涂在铜块上，在不同的温 度下养护成膜。研究发现，改性TiO2与聚苯乙烯的 质量比为 1∶ 1，且养护温度为 180 ℃时，涂层最大接 触角为166。潘红波等以纳米 TiO2 和经有机硅 改性的聚氨酯为原料，乙酸乙酯为分散剂，利用喷涂 法将混合液喷涂在载玻片表面，在50 ℃烘箱中加热，90℃下固化，成功制备了 TiO2 /PU 微纳米复合结构 的超疏水涂层，水滴的静态接触角和滚动角分别为 156和 3。喷涂法制备的 TiO2 /PU 复合超疏水涂层 成本低，工艺简单易实现，易大面积制备，具有广阔的 应用前景。超疏水表面由于其独一无二的表面特性具有极 大的应用前景，但由于制备过程繁琐，产品耐候性差， 在实际生产应用中存在一定的局限性。
目前该领域需要突破的重点有以下几个方面:(1)开发简单易得、经济且环境友好的制备方法。目前制备超疏水表 面的方法大多工艺复杂，条件苛刻，难以适用于大面 积制备。比如应用在建筑外墙上的自清洁涂料，最好 可以喷涂、滚涂等方式施工，并且可以室温固化，这一 点对于自清洁涂料在建筑行业的应用有重要意义。 (2)提高超疏水表面的附着力与耐候性。由于空气 中大量的污染物颗粒会吸附聚集在固体表面，表面水 滴的接触角会随时间的延长而减小，附着力逐渐降 低，自清洁性也随之降低。(3)开发超双疏表面。超 疏水表面一般都会表现出亲油性，不易被水润湿，存 在静电吸附污染，为了提高超疏水表面的疏油性， 开发具有超疏水/疏油性能的产品将是以后的一个发 展方向。
［ 1］ YANG J， PI P， WEN X， et al． A novel method to fabricatesuperhydrophobic surfaces based on well － defined mulberry－ like particles and self － assembly of polydimethylsiloxane
4. 研究方案
初步探索制备SiO2 /TiO2 复合溶胶，以Tio2粉末和正硅酸四乙酯为原料，乙醇为分散剂，氨水为水解抑制剂，用含氟物质降低其表面能，再加入适量去离子水制备溶胶，改变正硅酸四乙酯和含氟物质的用量来改变溶胶的疏水性和光催化效果。在用乙酰丙酮分光光度法检测浸泡过SiO2 /TiO2 复合溶胶薄膜的甲醛溶液浓度的变化，检验其光催化效果。
5. 工作计划
第一学期17-19周阅读文献，了解和掌握研究背景和研究现状，提出研究问题，制定研究方法，并熟悉实验室环境，完成开题报告；第二学期1-3周订购实验药品，开展实验研究尝试，第二学期4-9周开展实验研究第二学期10-11周完成毕业论文撰写，并查重。第二学期12周完成论文修改第二学期13周论文答辩
以上是毕业论文开题报告，课题毕业论文、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
