製造無塗層不粘鍋從根本原理上歸類有三個大方向:
1)在具有粗糙結構的鍋體表面透過物理或化學相法滲透低表面能量物質;
2)在鍋體表面透過光能或者化學蝕刻製成均勻分佈的微孔或者凸起等粗糙結構。
3)在鍋體表面透過光能或者化學蝕刻制均勻分佈的微孔或者凸起等粗糙結構後,透過物理或化學相法滲透低表面能量物質;
第三種方法是最可靠,效能最優越的。由馬勇等發明的光刻不粘鍋在實踐中採用了第三項,不粘效能十分優越,不粘壽命大大延長,有記錄的觀測顯示:光刻不粘鍋用鐵鏟正常燒川菜6個月不粘效果依然無損。
下面再為大家介紹幾種可以借鑑來製作不粘鍋的技術:
一、模板法
模板法是以具有一定空穴結構的基材為模板,將鑄膜液透過傾倒、澆鑄、旋塗等方式覆蓋在模板上,在一定條件下製備成膜的方法。該方法具有簡潔、有效、可大面積複製等優點,在實際中有很好的應用前景。
Liu 等以蠟燭菸灰為模板塗覆PDMS 薄膜,煅燒後除去模板即可在玻璃基板上形成具有粗糙纖維網狀結構表面的超疏水玻璃纖維棉。經檢測,該材料與水的接觸角達163°,並可用於最佳化油水分離和空氣過濾,表現出優異的熱穩定性。
Ke 等以芋葉為母板,透過模板法構建具有細微空腔的表面結構,再透過浸漬塗覆法修飾改性,經聚正十八烷基矽氧烷奈米片改性修飾後,疏水效能顯著提高。
二、刻蝕法
刻蝕技術是指透過物理或化學的方法將目標物表面刻蝕成粗糙形貌的過程,鐳射刻蝕、等離子刻蝕、化學刻蝕、光刻蝕是較為常用的幾種微刻蝕方法。刻蝕法可以對錶面結構進行較為精確的操作和設計,從而調控表面的疏水性,但是成本較高且不宜大面積製備。
Qi 等採用金屬離子(如Cu2+、Ag+、Cr3+) 輔助化學蝕刻法對鋅基板處理後得到粗糙結構表面,透過氟矽烷改性後測得的水接觸角達(161±2)°。此外,他們還探究了不同金屬離子對錶面形貌及疏水效能的影響,發現金屬離子的加入可以增強超疏水錶面的強度和穩定性。
Sung-Woon 等以SF6為等離子體源,用等離子體刻蝕法得到了微米級棒狀結構的矽表面,再以C4F8為等離子體源,在具有微米級棒狀結構的矽表面沉積一層碳氟膜,經測試,與水的接觸角為165°。
三、相分離法
相分離法是在成膜過程中,透過控制條件,使體系產生兩相或多相,形成均一或非均一膜的成膜方式。這種方法實驗條件易調控,操作簡單,可製備均勻、大面積的超疏水薄膜,在實用方面有較大價值。
四、化學氣相沉積法
化學氣相沉積法是一種簡單、高效、廉價且不受基底形狀限制的製備粗糙結構的有效方法。
鄧濤等用化學氣相沉積法在矽晶片上製備排列緻密的奈米線結構。他們將清洗過的矽片放置在電感耦合等離子體箱內,一邊刻蝕一邊沉積的矽奈米線,再用氟矽烷修飾,製成線寬約為100 nm 的矽奈米線表面結構。
五、靜電紡絲法
靜電紡絲是近年來發展起來的一種製備微/奈米級纖維的新工藝,它是將聚合物溶液或熔體置於高壓靜電場中,在電場庫侖力的作用下被拉伸形成噴射細流,細流落在基板上形成微/奈米纖維膜。
江雷等採用靜電紡絲技術構築粗糙表面,再使用廉價的低表面能物質矽油在煅燒過程中進行同步修飾,製備出接觸角大於150°、滾動角小於5°的TiO2超疏水錶面。
Huang 等用SiO2奈米顆粒和矽酸溶液構建塗層,透過改變SiO2奈米顆粒和矽酸的比例調節塗層的粗糙程度,經全氟辛基三氯矽烷改性後,其水接觸角達160°,滑動角小於10°,且該塗層具有高透光率、優異的熱穩定性和機械穩定性。但是,當該塗層表面的有機改性劑長時間接觸水時,其親水基團的翻轉會導致疏水穩定性變差,增加了其在實際應用的不確定性。
六、層層組裝法
層層組裝技術是指在靜電作用、氫鍵結合和配位鍵結合等的作用下透過層層沉積構造膜層的技術。
寧波大學的張群兵、王軍等用層層組裝法,以矽片為基底製備海膽狀TiO2超疏水錶面。經檢測,該表面的接觸角為151.2°,滾動角為4.5°。
Shang 等以聚二烯丙基二甲基氯化銨(PDDA)和聚4-苯乙烯磺酸鈉(PSS)為聚電解質,採用層層自組裝法將玻璃依次浸漬在上述聚電解質溶液中,再浸漬在聚苯乙烯改性SiO2粒子懸浮液中,最後用化學氣相沉積法在玻璃上沉積一層全氟辛烷製得高透明度超疏水多孔SiO2玻璃塗層,測得水接觸角大於150°,滾動角小於10°。
七、溶膠-凝膠法
溶膠-凝膠法是將化學活性高的化合物水解後得到的溶膠進行縮合反應, 並將生成的凝膠乾燥以形成微/奈米孔狀結構,從而使其具有超疏水性的一種製備方法,但是存在製備工藝路線比較長、得到的表面結構可控性差和有溶劑汙染等缺點。
Sanjay 等用溶膠-凝膠法將甲基三乙氧基矽烷(MTES)和多孔矽薄膜在玻璃基底上製備成接觸角達160°的超疏水錶面。研究表明,此種方法制備的超疏水薄膜具有透明、貼壁、熱穩定性良好和抗潮溼特性。
Wei 等以鈦酸鉀和TEOS 作為前驅體,採用溶膠-凝膠法制備了完美的鈦-矽網狀結構的複合氣溶膠,經三甲基氯矽烷改性處理後獲得的氣凝膠樣品的水接觸角達到(145±5)°。
鄭燕升等利用PTFE 與由環氧丙氧基丙基三甲氧基矽烷改性的SiO2溶膠雜化後,在玻璃上塗膜形成了接觸角高達156°的超疏水塗層。
八、電化學沉積法
Su 等採用電沉積法在銅基底上沉積一層鎳,再經過氟矽烷改性即可得到接觸角為162°的超疏水錶面。該材料能夠在4.8 kPa 的負載壓力下於800 目的碳化矽(SiC)砂紙上移動1 m 而保持超疏水性,表明此表面具有極好的顯微硬度和機械耐磨性。
Xu 等在聚芘和SiO2的混合物薄膜上進行十三氟辛基三乙氧基矽烷(POTS)的電化學沉積,製備了花瓣狀微納分層結構的超疏水複合物塗層,該塗層高度透明、熱和機械穩定性優異,其靜態水接觸角高達(163±1)°,滾動角低於2°。
九、溶液沉浸法
Li 等先將鋁合金板浸漬在硝酸鑭水溶液中進行熱處理,在表面形成類似於銀杏葉狀的奈米結構,然後用十二氟庚丙基三甲氧基矽烷對超親水的鋁合金表面改性,水接觸角到達到160°,且該超疏水錶面具有較強的熱穩定性、抗腐蝕性、耐磨損等優點。
十、其他方法
Yang 等採用微乳液法制備形成微米級的乳液,然後置於玻璃板上加熱乾燥,在乾燥揮發過程中形成多孔的粗糙結構薄膜,再用辛基三甲氧基矽烷進行修飾, 製得類似蜂巢狀的超疏水薄膜, 接觸角為156.3°,該方法簡單、快速、經濟。
此外,受植物葉片表面微觀結構的啟發,Liu 等研究人員透過一步陽極氧化法,在鋁合金上製備了具有170°左右的高接觸角和滾動角約為6°的超疏水錶面。