Transparent, Superhydrophobic Surfaces from One-Step Spin Coating of Hydrophobic Nanoparticles

接触角 材料科学 旋涂 浸涂 纳米颗粒 超疏水涂料 扫描电子显微镜 基质(水族馆) 化学工程 涂层 透射率 纳米技术 复合材料 光电子学 工程类 地质学 海洋学
作者
Lebo Xu,Raghuraman G. Karunakaran,Jia Guo,Shu Yang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:4 (2): 1118-1125 被引量:283
标识
DOI:10.1021/am201750h
摘要

We study the nonwettability and transparency from the assembly of fluorosilane modified silica nanoparticles (F-SiO2 NPs) via one-step spin-coating and dip-coating without any surface postpassivation steps. When spin-coating the hydrophobic NPs (100 nm in diameter) at a concentration ≥0.8 wt % in a fluorinated solvent, the surface exhibited superhydrophobicity with an advancing water contact angle greater than 150° and a water droplet (5 μL) roll-off angle less than 5°. In comparison, superhydrophobicity was not achieved by dip-coating the same hydrophobic NPs. Scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM) images revealed that NPs formed a nearly close-packed assembly in the superhydrophobic films, which effectively minimized the exposure of the underlying substrate while offering sufficiently trapped air pockets. In the dip-coated films, however, the surface coverage was rather random and incomplete. Therefore, the underlying substrate was exposed and water was able to impregnate between the NPs, leading to smaller water contact angle and larger water contact angle hysteresis. The spin-coated superhydrophobic film was also highly transparent with greater than 95% transmittance in the visible region. Further, we demonstrated that the one-step coating strategy could be extended to different polymeric substrates, including poly(methyl methacrylate) and polyester fabrics, to achieve superhydrophobicity.

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