졸에 의한 유기실란 화합물로 변형된 실리카 나노구조 기반 초소수성 코팅 합성

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 548(2023) 이 기사 인용

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본 연구에서는 유리 표면용 유기실란 화합물로 변형된 구형 실리카 나노구조에 의해 초소수성 코팅을 합성했습니다. 비용 효율성 측면에서 조건을 최적화하고 접촉각이 높은 초소수성 코팅을 생성하기 위해 StÖber 방법에 대해 CCD(중심 복합 설계) 모델의 반응 표면 방법을 수행하고 접촉각을 다음과 같이 정의했습니다. 모델의 반응 표면. 테트라에톡시실란(TEOS)은 전구체로 사용되었고 폴리(디메틸실록산)(PDMS)은 염기 촉매를 사용하여 1단계 졸-겔 방법으로 합성된 구형 실리카 나노구조의 표면을 개질하는 데 사용되었습니다. 연구의 정확성은 접촉각 측정 테스트를 통해 확인되었으며 162°의 각도가 얻어졌다. 실리카 나노구조의 합성을 알아보기 위해 XRD, FT-IR, EDS, SEM, DLS, AFM 분석을 수행하였다. 산성, 중성, 알칼리성 환경에서 내화학성을 측정하였으며 접촉각은 각각 127°, 134°, 90°로 표면유리에 생성된 코팅이 산성 및 중성 환경에서 우수한 내화학성을 나타냄을 알 수 있다.

스마트 코팅은 열, 빛, 습도, 온도, 압력, pH 등 환경 변화에 자동으로 반응하는 나노 소재입니다. 더 높은 성능을 위해 이러한 코팅을 설계하는 목적은 제품 수명을 늘리고 유지 관리 비용을 크게 줄이는 것입니다1,2,3,4,5,6,7. 나노 규모 물질의 고유한 특성과 의료 및 자동차 산업과 같은 분야에서 나노 물질에 대한 수요 증가로 인해 나노 기반 코팅에 대한 연구 개발은 기존 폴리머 코팅을 대체합니다8,9. 스마트 코팅은 용도, 성능, 반응성, 복잡성 수준 및 제조 방법에 따라 분류됩니다. 능동 감지 코팅에는 부식 및 압력 감지 코팅이 포함됩니다. 난연성 코팅은 관통 코팅과 비침투 코팅이 있습니다. 분말 방지 및 항균 코팅은 활성화 코팅으로 알려져 있습니다. 세척이 쉬운 코팅에는 자가 세척 코팅과 흑연 방지 코팅이 포함됩니다. 스마트 창문 덮개는 광학 활성 코팅입니다. 기타 코팅으로는 지문 방지, 반사 방지, 동결 방지 및 김서림 방지10가 있습니다. 초방수 코팅은 그 특성으로 인해 많은 주목을 받아온 스마트 코팅의 중요한 범주입니다. 이러한 코팅은 고유한 특성으로 인해 위의 코팅 중 어느 것에도 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 생분해로 인해 자가 치유 및 항균 코팅11,12,13,14, 자가 세척 및 부식 방지 코팅15,16,17,18,19의 형태 및 크기로 인해 사용할 수 있습니다. 부동액 및 증기 방지19,20,21의 화학적 특성.

초소수성 표면은 두 가지 중요한 특성으로 알려져 있습니다. 첫 번째는 마이크로 및 나노 수준의 표면 거칠기이고 두 번째는 복잡한 구조입니다. 따라서 전기화학적 증착22, CVD23, 층별(LBL) 증착24, 열수25 및 졸-겔26과 같은 합성 방법을 사용하여 언급된 특성을 개발하고 제조할 수 있습니다. 졸-겔 방법은 가수분해와 축합의 두 단계로 구성됩니다. 사용되는 원료는 실란과 금속 알콕사이드입니다. 졸-겔 방법의 장점 중에는 저온 합성, 고순도, 입자 크기 및 분포의 정밀한 제어, 새로운 결정질 및 비결정질 재료 제조 가능성 등이 있습니다. 거친 표면은 SiO229, Al2O330 및 CuSO431의 도움으로 생성될 수 있으며 폴리(디메틸실록산)(PDMS)32, 헥사데실트리메톡시실란(HDTMS)33과 같은 소수성 물질의 도움으로 표면 에너지가 낮은 표면을 만들 수 있습니다.

반응 표면(방법)을 사용하는 목적은 실험에서 매개변수 간의 2차 상호 작용 가능성을 조사하는 실험을 설계하는 것입니다. CCD 방법을 사용하면 공정을 개선하고 최적화할 수 있으며 공정의 문제와 약점을 진단하여 결과적으로 외부 영향에 강한 공정을 설계하여 적합한 제품을 생산할 수 있습니다.