Sintesi di rivestimenti superidrofobici basati su nanostruttura di silice modificata con composti organosilanici mediante sol

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 548 (2023) Citare questo articolo

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Nel presente studio, il rivestimento superidrofobico è stato sintetizzato da nanostrutture di silice sferica modificate con composti organosilanici per superfici di vetro. Per ottimizzare le condizioni in termini di rapporto costo-efficacia e creare un rivestimento superidrofobo con un angolo di contatto elevato, è stato eseguito il metodo della superficie di risposta del modello CCD (Central Composite Design) per il metodo StÖber e l'angolo di contatto è stato definito come la superficie di risposta del modello. Il tetraetossisilano (TEOS) è stato utilizzato come precursore e il poli(dimetilsilossano) (PDMS) è stato utilizzato per modificare la superficie di una nanostruttura di silice sferica sintetizzata mediante un metodo sol-gel in una sola fase utilizzando un catalizzatore di base. L'accuratezza della ricerca è stata verificata mediante il test di misurazione dell'angolo di contatto ed è stato ottenuto un angolo di 162°. Sono state eseguite analisi XRD, FT-IR, EDS, SEM, DLS e AFM per studiare la sintesi della nanostruttura di silice. La resistenza chimica è stata eseguita in ambienti acidi, neutri e alcalini e gli angoli di contatto erano rispettivamente di 127°, 134° e 90°, il che indica che il rivestimento creato sulla superficie del vetro ha una buona resistenza chimica in ambienti acidi e neutri.

I rivestimenti intelligenti sono nanomateriali che rispondono automaticamente ai cambiamenti nell’ambiente come calore, luce, umidità, temperatura, pressione e pH. Lo scopo di progettare tali rivestimenti per prestazioni più elevate è aumentare la durata del prodotto e ridurre significativamente i costi di manutenzione1,2,3,4,5,6,7. A causa delle proprietà uniche dei materiali su scala nanometrica e della crescente domanda di nanomateriali in settori come l’industria medica e automobilistica, la ricerca e lo sviluppo sui rivestimenti a base nanometrica sostituiscono i rivestimenti polimerici convenzionali8,9. I rivestimenti intelligenti sono classificati in base all'applicazione, alle prestazioni, alla reattività, al livello di complessità e ai metodi di produzione. I rivestimenti sensibili alla corrosione includono rivestimenti sensibili alla corrosione e alla pressione. I rivestimenti ritardanti di fiamma sono rivestimenti penetranti e non penetranti. I rivestimenti antipolvere e antibatterici sono noti come rivestimenti attivanti. I rivestimenti facili da pulire includono rivestimenti autopulenti e antigrafite. Le coperture per finestre intelligenti sono rivestimenti otticamente attivi. Altri rivestimenti sono antimpronta, antiriflesso, antigelo e antiappannamento10. I rivestimenti ultra impermeabili sono un'importante categoria di rivestimenti intelligenti che hanno ricevuto molta attenzione per le loro proprietà. Questi rivestimenti possono essere utilizzati in uno qualsiasi dei rivestimenti sopra indicati grazie alle loro proprietà uniche. Ad esempio, a causa della biodegradazione, possono essere utilizzati in rivestimenti autoriparanti e antibatterici11,12,13,14, a causa della morfologia e delle dimensioni in rivestimenti autopulenti e anticorrosivi15,16,17,18,19, e a causa alle loro proprietà chimiche come antigelo e antivapore19,20,21.

Le superfici superidrofobiche sono note per due importanti proprietà, la prima è la ruvidità superficiale su scala micro e nanometrica e la seconda è la struttura complessa. Pertanto, metodi di sintesi come la deposizione elettrochimica22, CVD23, deposizione strato per strato (LBL)24, idrotermale25 e sol-gel26 possono essere utilizzati per sviluppare e fabbricare le proprietà menzionate. Il metodo sol-gel consiste in due fasi di idrolisi e condensazione. Le materie prime utilizzate sono silano e alcossidi metallici. Tra i vantaggi del metodo sol-gel vi sono la sintesi a bassa temperatura, l'elevata purezza, il controllo preciso della dimensione e della distribuzione delle particelle e la possibilità di produrre nuovi materiali cristallini e non cristallini27,28. È possibile creare superfici ruvide con l'aiuto di SiO229, Al2O330 e CuSO431 e, con l'aiuto di agenti idrofobici come poli(dimetilsilossano) (PDMS)32, esadeciltrimetossisilano (HDTMS)33, è possibile realizzare superfici con bassa energia superficiale.

Lo scopo dell'utilizzo della superficie di risposta (metodo) è progettare un esperimento che esamini la possibilità di un'interazione quadratica tra i parametri dell'esperimento. Con l'aiuto del metodo CCD è possibile migliorare, ottimizzare il processo e anche diagnosticare i problemi e i punti deboli del processo e, di conseguenza, progettare un processo resistente alle influenze esterne che produca un prodotto adeguato34.