SiO2/PMMA超疏水透明复合涂层的制备及性能

doi:10.7503/cjcu20250346

高等学校化学学报 ›› 2026, Vol. 47 ›› Issue (1): 20250346.doi: 10.7503/cjcu20250346

SiO₂/PMMA超疏水透明复合涂层的制备及性能

聂川淇¹^,², 董富垚², 郭子薇², 程龙², 杨乃亮³^,⁴(), 刘克松²^,⁵(), 于存明²(), 江雷⁶

^1.北京航空航天大学沈元学院
^2.化学学院，北京 100191
^3.中国科学院过程工程研究所生物药制备与递送全国重点实验室，北京 100089
^4.中国科学院大学，北京 100190
^5.北京服装学院材料设计与工程学院，北京 100029
^6.中国科学技术大学苏州高等研究院，苏州 215004

收稿日期:2025-11-12 出版日期:2026-01-10 发布日期:2025-12-03
通讯作者: 杨乃亮,刘克松,于存明 E-mail:nlyang@ipe.ac.cn;liuks@buaa.edu.cn;ycmbhs@iccas.ac.cn
基金资助:
北京市自然科学基金(JQ22004);国家自然科学基金(22575010);国家自然科学基金(22175011);国家自然科学基金(52472293);国家自然科学基金(92163209);国家国防科工局海水提铀项目(批准号： HNKF202216(36))资助

Preparation and Performance of SiO₂/PMMA Superhydrophobic Transparent Composite Coatings

NIE Chuanqi¹^,², DONG Fuyao², GUO Ziwei², CHENG Long², YANG Nailiang³^,⁴(), LIU Kesong²^,⁵(), YU Cunming²(), JIANG Lei⁶

^1.School of Shenyuan
^2.School of Chemistry，Beihang University，Beijing 100191，China
^3.State Key Laboratory of Biopharmaceutical Preparation and Delivery，Institute of Process Engineering，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100089，China
^4.University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100190，China
^5.School of Materials Design & Engineering，Beijing Institute of Fashion Technology，Beijing 100029，China
^6.Suzhou Institute for Advanced Research，University of Science and Technology of China，Suzhou 215004，China

Received:2025-11-12 Online:2026-01-10 Published:2025-12-03
Contact: YANG Nailiang, LIU Kesong, YU Cunming E-mail:nlyang@ipe.ac.cn;liuks@buaa.edu.cn;ycmbhs@iccas.ac.cn
Supported by:
the Natural Science Foundation of Beijing, China(JQ22004);the National Natural Science Foundation of China(22575010);the Project of the State Administration of Science, Technology and Industry of National Defence

摘要/Abstract

摘要：

采用浸渍涂覆工艺，通过调控SiO₂纳米粒子浓度、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）浓度及二氯甲烷（CH₂Cl₂）溶剂配比，制备了高性能SiO₂/PMMA超疏水透明复合涂层. 利用接触角测量仪与紫外-可见分光光度计表征了样品，结果表明，当SiO₂纳米粒子浓度为6.25 g/L时，涂层的超疏水性能与透明性可实现最优平衡，静态接触角达（160.8±1.1）°， 550 nm波长透光率超90%. 实验表征与机理分析显示，该浓度下纳米颗粒构建的微纳结构与聚合物基体形成协同效应，这既满足超疏水Cassie-Baxter态的表面粗糙度需求，又规避了过量颗粒累积引发的米氏散射，保持超疏水高透明性. 该方法具有原料易得、工艺简便及适用性广等特点，制备的超疏水透明涂层展现出优异的自清洁性能，在光学器件表面防护及光伏组件自清洁领域具有广阔的应用潜力.

关键词: 超疏水, 透明, SiO₂/PMMA复合涂层, 自清洁

Abstract:

Through dip-coating technology， a series of composite coatings was fabricated by adjusting the concentration parameters of nano-SiO₂ particles， PMMA， and dichloromethane（CH₂Cl₂） solvent. Systematic characterization using the contact angle measurements and the UV-Vis spectrophotometry revealed that the material achieved optimal performance balance of superhydrophobicity and transparency at a nanoparticle concentration of 6.25 g/L， exhibiting a static contact angle of （160.8±1.1）° and a transparency exceeding 90% at 550 nm. Mechanistic analysis revealed that the hierarchical micro-nano structures formed by nanoparticles at this concentration synergistically interacted with the polymer matrix， concurrently generating the surface roughness for the superhydrophobic Cassie-Baxter state while preventing Mie scattering effects to preserve the high transparency typically compromised by excessive particles. This research highlights advantages such as the availability of raw materials， straightforward processing， and low manufacturing costs， demonstrating promising self-cleaning potential and broad application prospects in the protection of optical device surfaces and the self-cleaning of photovoltaic modules.

Key words: Superhydrophobicity, Transparency, SiO₂/PMMA composite coating, Self-cleaning

中图分类号:

O647

TrendMD:

聂川淇, 董富垚, 郭子薇, 程龙, 杨乃亮, 刘克松, 于存明, 江雷. SiO₂/PMMA超疏水透明复合涂层的制备及性能. 高等学校化学学报, 2026, 47(1): 20250346.

NIE Chuanqi, DONG Fuyao, GUO Ziwei, CHENG Long, YANG Nailiang, LIU Kesong, YU Cunming, JIANG Lei. Preparation and Performance of SiO₂/PMMA Superhydrophobic Transparent Composite Coatings. Chem. J. Chinese Universities, 2026, 47(1): 20250346.

图/表 7

Fig.1 Influence of SiO2 nanoparticle concentration on the wettability and transparency of composite coatings(PMMA: 5 g/L)（A） Influence of SiO2 concentration on the SiO2/PMMA coating’s thickness；（B） water contact angle of SiO2/PMMA coatings as a function of SiO2 concentration；（C） surface roughness（Ra） of SiO2/PMMA coatings with different SiO2 concentrations and the corresponding SEM images（insets， scale bar： 5 μm）；（D） UV-Vis transmittance spectra of uncoated glass and SiO2/PMMA coatings with varying SiO2 concentrations in the wavelength range of 350—800 nm.

Fig.2 Influence of PMMA concentration on the wettability of composite coating（A） Influence of PMMA concentration on the SiO₂/PMMA coating’s thickness；（B） water contact angle of SiO₂/PMMA coatings as a function of PMMA concentration；（C） surface roughness（Ra） of SiO₂/PMMA coatings with different PMMA concentrations and the corresponding SEM images（insets， scale bar： 5 μm）.

Fig.3 Water contact angle variation of SiO2/PMMA coatings on glass and PET substrates over time in a solution(pH=1)

Fig.4 Water contact angle variation of SiO2/PMMA coatings on glass and PET substrates over time in a solution(pH=13)

图5 示出了玻璃和PET基底上超疏水SiO2/

Fig.5 Water contact angle variation of SiO2/PMMA coatings on glass and PET substrates over time in a solution of 0.1 mol/L NaCl

Fig.6 Water contact angle images of different uncoated and coated substrates（A） Wood；（B） copper；（C） paper；（D） ceramic；（E） PET；（F） gypsum. Scale bar： 5 mm.

Fig.7 Self⁃cleaning performance demonstration of the SiO2/PMMA superhydrophobic transparent coating（A） Artificial blood；（B） muddy water；（C） coffee；（D） coke. Scale bars： 1 cm.

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Preparation and Performance of SiO₂/PMMA Superhydrophobic Transparent Composite Coatings

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