- 开发了一种制造透明薄膜的方法，该薄膜既具有易于被水吸收的特性，又具有使水易于流失的特性。
- 与传统的亲水处理不同，即使是微小的水滴也能顺利滑落
- 使用这项技术有助于防止污垢粘附在窗玻璃上，并节省空调能源
（左）经过一般亲水处理的基材上的水滴状况和滑动性能
（右）亲水膜的展开+碱处理基材上的水滴状态及滑爽性
米乐m6官方网站（以下简称“AIST”），极端功能材料研究部，材料表面与界面组，AIST特别研究员中村聪，研究组组长穗积淳，具有易与水相容的特性（亲水)的矛盾功能和水滴容易流失的特性（滑动特性）。这是对产业技术研究院开发的具有优异的液体滑爽性的薄膜的原材料和制造工艺进行了进一步改进的方法。将市售原材料与最佳成分混合形成薄膜，然后用酸或碱处理，所得薄膜尽管具有亲水性，但即使是05μL（00005mL）的微小水滴也能顺利滑落，而不会粘附在表面上。通过在基材上涂上具有这些矛盾特性的薄膜，排水性更好，水滴不易残留在表面，可以期待抑制水垢、霉菌和异味的形成的效果。该薄膜可以应用于玻璃以外的基材，也可以应用于热交换器等，防止污垢附着，防止冷却时因冷凝水附着而导致热交换效率下降，还可以期待节能效果。该技术的详细信息预计将于 2022 年 10 月 28 日星期五在名古屋举行的“AIST 中部中心社会实现博览会”上公布。
赋予亲水性的表面处理方法可以使基材表面不易起雾，更容易洗去附着的污垢，因此被广泛应用于汽车和建筑窗玻璃等领域。此外，例如，通过对安装在空调中的热交换器进行亲水处理，冷却过程中产生的水滴会堵塞狭窄的通风通道。水滴桥”形成。这样可以防止水滴桥引起的不良现象，如通风阻力增加、水滴飞散、产生噪音、热效率下降、功率损失等。
亲水表面提供了这些有用的特性，但众所周知，它们对附着在其上的水滴的滑动特性较差。这是因为基材表面的亲水性越高(静态接触角水分子与表面的相互作用越强，水滴就越难滑落。结果，潮湿和铺展的水长时间停留在基材表面，导致水渍、发霉和难闻的气味。因此，需要开发一种兼具高亲水性和滑脱性的涂层方法。然而，让这些矛盾特性共存于单一表面的表面处理方法的研究尚未成功。
AIST 一直在开发新的表面处理技术，旨在克服上述问题。到目前为止，包括烷基链硅烷偶联剂和四烷氧基硅烷溶胶凝胶法粘合的透明薄膜2012 年 3 月 13 日 AIST 新闻稿）。这层薄膜不仅含有水，还含有各种油类和低表面张力液体具有平滑滑落的特性。然而，当该技术应用于热交换器翅片的表面处理时，例如，所得表面具有优异的水滴滑落能力，但其亲水性较低（水滴的静态接触角：约100°），导致形成水滴桥。另外，即使使用含有亲水性官能团的硅烷偶联剂以同样的方法进行成膜，也难以达到空调翅片材料的商品化所需的性能指标值(水滴的静态接触角：约30°以下，滑动角：13°以下(10μL))。
这次，我们回顾了用作原料的硅烷偶联剂，并致力于开发一种兼具高亲水性和水滴滑动性能的涂层方法。具体来说，在一个亲水性官能团的两端反应性官能团的候选物。 （图1）。与我们之前的工作类似，我们采用溶胶-凝胶法将这种双头硅烷偶联剂和四烷氧基硅烷以最佳量混合，降低了薄膜表面亲水官能团的密度，并形成了亲水官能团可以自由移动的表面状态。接触角滞后（前进接触角／后退接触角差异较小的亲水膜此外，当将该薄膜在碱或酸溶液中浸泡预定时间后，他们发现所得薄膜的表面变得更加亲水（水滴的静态接触角：15°），并且水滴移动顺畅，而没有被固定在表面上，使得水滴更容易滑落（05μL水滴以19°滑落，10μL水滴以4°滑落）。与空调翅片材料商业化所需的性能指标值相比，这种处理使得静态接触角和滑动角得以大幅降低。
由于表面科学领域相信官能团的高迁移率可以改善滑动性能，因此我们使用溶胶-凝胶方法创建了亲水性薄膜，该方法使我们能够通过将亲水性官能团与玻璃原料四烷氧基硅烷混合来优化亲水性官能团的密度。然而，对于迄今为止所使用的硅烷偶联剂来说，由于亲水性官能团末端部分的影响，难以制备表现出空调翅片剂商品化所需的性能的膜。因此，我们对用作原料的硅烷偶联剂进行了审查，如图1所示，我们决定使用两端带有-Si(OR)3混合来制备前体溶液。基团和四烷氧基硅烷。将此溶液涂在玻璃、聚合物、金属等各种基材的表面旋涂加热干燥后，得到厚度约300nm的透明膜。该薄膜具有优异的透明度，可见光透过率超过90%，因此可以沉积在各种基材上，而不会影响设计。另外，附着力良好(JIS K 5600-5-6 横切法)而剥落。尽管该薄膜表面具有亲水性（水滴的静态接触角：37°），但水滴能够顺利地滑落（10μL的水滴以10°的角度滑落）。此外，当将该薄膜在碱或酸溶液中浸泡一定时间后，其亲水性进一步增强（水滴静态接触角：15°），水滴滑落的能力也大大提高（10μL水滴以4°滑落）。这种高度亲水的表面可以让小至 05 μL 的水滴顺利滑落，而不会拉动尾巴（照片 C、视频 1）。一般来说，增加表面羟基（OH）的数量会增加亲水性，但人们认为水会牢固地粘附在薄膜表面，使水滴难以滑落。在本研究中，我们使用双头硅烷偶联剂桥接表面的亲水官能团，并控制四烷氧基硅烷的添加量以优化表面亲水官能团的密度。其结果是，薄膜表面的亲水性官能团不会变得过于密集，发挥适当的驾驶性，实现了水滴滑动性优异的亲水性薄膜。此外，当该薄膜经过碱或酸处理后，薄膜表面残留的疏水性烷氧基会变成OH基团，增加了其亲水性。同时，薄膜骨架的部分玻璃成分溶解，表面出现亲水性官能团，进一步增加了驾驶性。因此，我们认为容易与水相容，但又允许水滴容易滑落的矛盾特性（图1）。我们目前正在进行详细研究以阐明其机制。
图1 显影薄膜的形成过程示意图以及水从表面滑落的假设机制
新开发的透明薄膜放置在空气中时，由于漂浮有机物的附着，其亲水性会下降，但只需用水轻轻清洗，其亲水性很快就会恢复，表现出优异的防污性能。该薄膜还可以轻松去除指纹。
照片A：当舞台倾斜（倾斜：50°）时，水滴（使用有色水）滑落
(a)经过一般亲水处理的玻璃，(b)经过显影膜+碱处理的玻璃
照片B 喷洒水滴时的表面外观（倾斜：90°）
(a)经过一般亲水处理的玻璃，(b)经过显影膜+碱处理的玻璃
照片C：少量水滴（05 µL）在碱处理膜上滑落（倾斜：90°）
视频1 少量水滴（05 µL）在碱处理薄膜上滑落（倾斜：90°）
未来，我们将继续阐明功能表达机制，并呼吁与企业合作，增强薄膜的功能性（提高薄膜的硬度和耐用性等），使其兼具易被水吸收的特性和让水滴易于流走的特性。此外，我们还将评估前驱体溶液的寿命（适用期），考虑适合各种类型基材的表面处理，并考虑适合大面积或复杂形状基材的涂层方法，目标是在合作三年内将解决方案商业化。