二氧化硅纳米粒子对聚二甲基硅氧烷复合涂层疏水性及透明度的调控机制与应用研究

本综述系统探讨了二氧化硅(SiO2)纳米粒子粒径与含量对聚二甲基硅氧烷(PDMS)复合涂层疏水性（接触角）和光学透明度的协同影响机制。通过溶胶-凝胶法合成多尺寸SiO2纳米粒子，结合旋涂技术构建PDMS/SiO2复合涂层，揭示了大粒径纳米粒子在低含量时显著提升疏水性，而高含量导致光散射加剧的规律。该研究为开发兼具自清洁性与高透光率的智能涂层提供了关键理论支撑。

　　

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Chemicals and materials

正硅酸乙酯(TEOS)、氨水(NH₄OH)和无水乙醇(C₂H₆O)购自国药集团化学试剂有限公司（上海）。聚二甲基硅氧烷(PDMS, Sylgard 184)及其固化剂购自道康宁公司。玻璃载片购自北京兰博利科技术有限公司。实验所用去离子水来自纯化系统（电阻率 > 18 MΩ·cm）。

Preparation of SiO₂ nanoparticles and PDMS coatings

通过溶胶-凝胶法合成SiO₂纳米粒子。典型实验流程为：将不同体积的氨水溶液与TEOS/乙醇混合体系反应，通过调控氨水用量精确控制纳米粒子尺寸。随后采用旋涂技术将SiO₂纳米粒子与PDMS预聚体混合溶液涂覆于基材表面，经热固化形成复合涂层。

Structure and morphology analysis

图1(a)-(h)的SEM图像生动展示了SiO-NH1、SiO-NH3、SiO-NH5和SiO-NH7的形态特征——纳米粒子直径随氨水用量增加而增大。SiO-NH1样本的平均直径为129.5纳米（标准偏差10%）。当氨水用量增至5 mL和7 mL时，粒径增长趋于平缓，表明过量氨水不再显著影响尺寸调控。该现象揭示了氨水浓度在溶胶-凝胶过程中对纳米粒子成核与生长的非线性调控机制。

Conclusions

综上所述，我们通过溶胶-凝胶法成功制备了多尺寸SiO₂纳米粒子，并利用旋涂技术开发出PDMS/SiO₂复合涂层。研究发现：在低纳米粒子含量时，大尺寸SiO₂粒子能显著提升涂层接触角（疏水性）；而高含量条件下，接触角增长进入平台期，透光率却因光散射效应急剧下降。该复合涂层同时展现出卓越的机械稳定性和自清洁性能，为光伏面板、幕墙玻璃等户外应用提供了创新材料解决方案。