CN102119197A - 一种不需要全氟化合物或不包含任何氟元素的超疏水气凝胶 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了超疏水涂层，包含超疏水涂层的器件和制品，以及制备超疏水涂层的方法。示例的超疏水器件可以包括基底元件和置于基底元件之上的一个或多个超疏水涂层，其中一个或多个超疏水涂层的至少一个具有至少大约150°的水接触角和小于大约1°的接触角滞后。一个或多个超疏水涂层可以包括超高水含量酸催化聚硅酸酯凝胶，聚硅酸酯凝胶包括具有用硅烷化试剂衍生的表面官能团的二氧化硅颗粒的三维网络和多个孔隙。

Description

一种不需要全氟化合物或不包含任何氟元素的超疏水气凝胶
政府权利
本发明根据Sandia公司与美国能源部之间的DE-AC04-94AL85000号协议所开发，并由美国空军科学研究局授予的FA9550-06-C-0033进行资助。美国政府在本项发明当中具有一定的权利。
相关申请
本申请要求美国临时专利申请序列号61/077,145的优先权，其申请于2008年6月30日，在此参考引用其全部内容。
技术领域
本发明的主题是关于保护性涂层，并且更具体地是超疏水涂层。
背景技术
近些年来，据估计防务相关的腐蚀花费大于美国每年总体防务开支的大约7％，并且所估计的腐蚀相关花费的大约20％包含刮擦和重新油漆钢铁结构。由于阻止钢铁腐蚀的花费惊人，开发优于传统涂料的多功能涂料有巨大的需求。例如，排斥水的超疏水表面的制备在金属部件的腐蚀抑制领域，以及在衣物的化学和生物制剂保护领域中，和许多其它应用当中有着巨大的机会。为获得耐腐蚀材料尝试了许多不同的办法。例如，在金属部件上形成双层涂层从而制备出一种耐腐蚀材料。双层涂层可以包括疏水的底层和疏水或超疏水的面层，用于阻止水和/或盐离子穿透涂层的表面。尽管如此，多数的超疏水涂层含氟，而氟可能是非环境友好的并且其制造可能也并非是成本有效的。
因此，有必要克服这些及其它现有技术当中的问题并提供一种坚固并廉价的不含氟的超疏水涂层。
发明内容
根据各种具体实施方案，提供一种制备超疏水涂层的方法。该方法可以包括提供一种采用第一溶剂、至少一种烷氧基硅烷前体、水和酸形成的超高水含量酸催化聚硅酸酯凝胶，其中聚硅酸酯凝胶可以包括具有表面官能团的二氧化硅颗粒的三维网络和多个孔隙，并且其中流体被置于所述多个孔隙中，该流体包括第一溶剂，烷氧基硅烷酸催化水解的一种或多种反应产物，和未反应的原料。这种方法也可以包括用第二溶剂替代存在于聚硅酸酯凝胶的多个孔隙当中的第一溶剂，其中第二溶剂是与第一溶剂不混溶的，并且采用硅烷化试剂对表面官能团衍生从而形成表面衍生的聚硅酸酯凝胶。此方法可以进一步包括由表面衍生的聚硅酸酯凝胶在第三溶剂中形成涂料溶液并且施加涂料溶液至基底表面形成超疏水涂层。
依照各种不同的实施方案，提供一种超疏水器件，其包括基底元件和配置到基底元件表面上的一个或多个超疏水涂层，其中至少一个所述一个或多个超疏水涂层具有至少大约150°的水接触角和小于大约1°的接触角滞后。一个或多个超疏水涂层可以包括超高水含量酸催化聚硅酸酯凝胶，聚硅酸酯凝胶包括具有用硅烷化试剂衍生的表面官能团的二氧化硅颗粒的三维网络和多个孔隙。
依照其它实施方案，提供了一种包含表面的制品，其表面包括至少一个区域，超疏水涂层置于此至少一个区域上，其中超疏水涂层可以具有至少大约150°的水接触角和小于大约1°的接触角滞后。超疏水涂层可以包括超高水含量酸催化聚硅酸酯凝胶，聚硅酸酯凝胶包括具有用硅烷化试剂衍生的表面官能团的二氧化硅颗粒的三维网络和多个孔隙。
实施方案当中的其它优点将在接下来的描述当中被部分地列出，部分地在描述当中很明显，或可能在本发明的实践当中才体会到。这些优点将通过特别是在所附权利要求当中所指出的基本要素及组合实现和得到。
在前的总体描述和接下来的具体描述应当被理解为只是示例性的和说明性的，而且并不作为对本发明的限制，如所声称的那样。
伴随的附图，插入并组成说明书的一部分，与文字描述一起来阐明本发明的实施方案，用于解释本发明的原理。
附图说明
图1表示按照本教导制备超疏水涂层的方法。
图2图示说明了按照本教导制备的示例的超疏水涂层的部分横截面。
图3图示说明了按照本教导制备的示例制品的部分横截面。
实施方案说明
本发明的实施方案将被详细提及，具体实例如伴随的附图中所说明的那样。只要有可能的话，对所有附图，同一标记编号表示相同或类似部件。
尽管描述本发明宽泛范围中列出的数字范围和参数是近似值，但是在特定实施例当中记载的数值总是尽可能地准确。任何数值，固有地包含一定误差，这些误差不可避免地来源于它们各自测试测量当中的标准偏差。此外，这里公开的所有范围应被理解为包含了任何和所有其中所含的子范围。例如，范围“小于10”可以包括介于(和包括)最小值零和最大值10之间的任何和所有子范围，即，具有最小值等于或大于零和最大值等于或小于10的任何和所有子范围，例如，1-5。在某些情况下，指定作为参数的数值可以呈现负值。在这种情况下，声明“小于10”范围内的例值可以呈现负值，例如，-1，-2，-3，-10，-20，-30，等。
如这里所采用的，“疏水的”和“疏水性”两个词指的是具有大约85°或更高的水接触角的表面(例如，涂层表面)的可湿性。“超疏水的”和“超疏水性”两个词指的是具有大约150°或更高的水接触角和很低的接触角滞后(Δθ＝θA-θB＜1)的表面(例如，涂层表面)的可湿性。典型地，在疏水表面上，例如，当表面适度倾斜时，2-mm-直径水滴在上面而不是流出表面。当表面倾斜的时候，在小滴的下坡面润湿角会增加，同时在小滴的上坡面润湿角会减小。前进的(向下)接触面由于难以推进到后来增加的固体表面上以及后退的(向上)接触面难以放开它的固体表面部分，小滴倾向于保持不动或固定在原地。如果前进和后退的接触角之间的差别小于1°，疏水表面描述为具有低接触角滞后。
按照本发明所教导的各种不同的实施方案，图1所示为一种用于制备超疏水涂层的示例性方法100，所述超疏水涂层例如是示于图2和图3的示例性超疏水涂层210和310。方法100可以包括提供一种采用第一溶剂、至少一种烷氧基硅烷前体、水和酸形成的超高水含量酸催化聚硅酸酯凝胶的步骤101，其中聚硅酸酯凝胶可以包括具有表面官能团的二氧化硅颗粒的三维网络和多个孔隙。在各种不同的实施方案中，流体可以被置于多个孔隙内。示例性的流体可以包括，但不限于，第一溶剂，烷氧基硅烷酸催化水解的一种或多种反应产物，和未反应的原料，例如烷氧基硅烷前体。
在各种不同的实施方案中，烷氧基硅烷前体可以是通式例如为(R1)XSi(OR)4-X的有机改性的硅烷单体，其中x可以是1或2，而且R和R1可以相同或不同，并可以包括有机基团，例如，烷基，烯基，炔基，芳基，或上述组合。烷氧基硅烷前体可以包括一种或多种硅烷化合物，包括，但不限于，甲基三甲氧基硅烷，乙烯基三甲氧基硅烷，二甲基二乙氧基硅烷，甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷，巯丙基三甲氧基硅烷，氯丙基三甲氧基硅烷，溴丙基三甲氧基硅烷，碘丙基三甲氧基硅烷，和氯甲基三甲氧基硅烷，四乙氧基硅烷，四甲氧基硅烷，和1，2-双(三乙氧基甲硅烷基)乙烷。在一些实施方案当中，第一溶剂可以是任何合适的流体，例如，甲醇，乙醇，和至少部分与水互溶的任何有机溶剂。在其它实施方案当中，酸可以是任何合适的酸，例如1.0N盐酸和任何其它氢离子源。
在某些实施方案当中，提供超高水含量酸催化聚硅酸酯凝胶的步骤101可以包括使用第一溶剂、至少一种烷氧基硅烷前体、水和酸形成聚硅酸酯凝胶，使得水与烷氧基硅烷前体的摩尔比率可以在大约10到大约80的范围内，从而得到“超高水含量”的特征。在一些实施方案当中，水与烷氧基硅烷前体的摩尔比率大于大约80。在各种不同的实施方案中，聚硅酸酯凝胶可以采用首先将第一溶剂加入到烷氧基硅烷前体中，然后加水和酸形成反应混合物的方法来制备。反应混合物然后可以被搅拌并置于大约15℃到大约80℃的温度范围内大约1天至大约90天的时间，并且在一些情况下反应混合物置于大约40℃到大约60℃的温度范围内大约3天至大约10天的时间。当反应完成时，聚硅酸酯凝胶可能会相当坚固并取决于使用第一溶剂的种类可以具有从透明到不透明的外观。在这个阶段聚硅酸酯凝胶不应当是松散的；轻拍反应容器的底部应该会导致贯穿聚硅酸酯凝胶的回荡。过量的水和高含量酸催化剂使得合成的水解部分是主导过程并限制缩合。美国专利申请公开号20080113188和David J.Kissel署名的硕士论文“Mechanical property characterization of sol-gel derived nanomaterials using an acoustic wave technique(利用声波技术表征溶胶-凝胶衍生纳米材料的机械性能)”，2007年5月，详细地介绍了形成二氧化硅凝胶的溶胶-凝胶方法，在此将它公开的全部内容以引用的方式引入。
制备超疏水涂层的方法100可以进一步包括102步骤，即以第二溶剂替代聚硅酸酯凝胶多个孔隙中的流体。在各种实施方案当中，以第二溶剂替代聚硅酸酯凝胶多个孔隙中的流体的102步骤可以包括破碎超高水含量酸催化的聚硅酸酯凝胶从而形成碎裂的凝胶并加第二溶剂到碎裂的凝胶当中。与第一溶剂互不相溶的任何合适的溶剂都可以被用作第二溶剂，例如，己烷。在第二溶剂中碎裂的凝胶可以在大约40℃到大约60℃的温度范围内至少保持大约30分钟以容许溶剂置换。最后过量的第二溶剂和流体可以被从碎裂的凝胶中移除。这些步骤可以被重复至少一次，最好重复三次以使得存在于聚硅酸酯凝胶多个孔隙中的大多数流体得到替换。可以在将聚硅酸酯凝胶储藏于一个低于大约10℃温度下的冷藏室中前加入新鲜的第二溶剂。
制备超疏水涂层的方法100可以进一步包括采用一种或多种硅烷化试剂对聚硅酸酯凝胶表面官能团衍生从而形成表面衍生的聚硅酸酯凝胶的步骤103。在各种不同的实施方案中，由于硅烷化反应本质上是放热的，衍生聚硅酸酯凝胶表面官能团的步骤103可以包括逐渐将硅烷化试剂加入到聚硅酸酯凝胶当中。任何合适的硅烷可以被作为硅烷化试剂使用，例如，三甲基氯硅烷，甲基三氯硅烷，辛基三氯硅烷，六甲基二硅氮烷，以及包含至少一个疏水配体的任何反应性硅烷。硅烷化反应可能会导致溶剂鼓泡，并且一旦鼓泡停止，聚硅酸酯凝胶可以被储存在硅烷化试剂中在大约40℃到大约60℃的温度范围内大约6小时至大约10小时，以形成表面衍生的聚硅酸酯凝胶，并且可以将过量的硅烷化试剂除去。尽管不想受限于任何理论，认为第二溶剂有助于与表面官能基团反应的硅烷化试剂的输送，所述表面官能基团例如是聚硅酸酯凝胶的表面羟基部分。
制备超疏水涂层的方法100可以进一步包括在第三溶剂中形成表面衍生的聚硅酸酯凝胶的涂料溶液的步骤104。在各种实施方案当中，在第三溶剂中形成表面衍生的聚硅酸酯凝胶的涂料溶液的步骤104可以包括采用过量第二溶剂清洗表面衍生的聚硅酸酯凝胶，以及在加入第三溶剂到表面衍生的聚硅酸酯凝胶当中形成涂料溶液之前采用第三溶剂清洗表面衍生的聚硅酸酯凝胶至少两次。在某些实施方案当中，形成涂料溶液的步骤104也可以包括声波处理表面衍生的聚硅酸酯凝胶从而使得聚集体碎裂并在第三溶剂中重新分散表面衍生的聚硅酸酯凝胶。任何合适的第三溶剂都可以被使用，例如，乙醇。在一些实施方案当中，第三溶剂可与第一溶剂相同。制备超疏水涂层的方法100可以进一步包括采用任何合适的方法施加涂料溶液到基底上形成超疏水涂层的步骤105，例如，浸涂，刷涂，辊涂，喷涂，旋转涂膜，浇铸，和流涂。任何合适的材料可被用于基底表面，例如，金属，硅片，玻璃，陶瓷，塑料，和织物。
图2示意性地展示了按照本发明教导的各种不同实施方案的一个示例性超疏水器件200的部分横截面图。示例性的超疏水器件200可以包括一个基底元件220和置于基底元件220之上的一个或多个超疏水涂层210，其中至少一个所述一个或多个超疏水涂层具有至少大约150°的水接触角和小于大约1°的接触角滞后。任何合适的材料可被用作基底元件，例如，金属，硅片，玻璃，陶瓷，塑料，和织物。在各种不同的实施方案当中，一个或多个超疏水涂层的每一个可以包括超高水含量酸催化聚硅酸酯凝胶，其中聚硅酸酯凝胶可以包括具有用硅烷化试剂衍生的表面官能团的二氧化硅颗粒的三维网络和多个孔隙。示例性的硅烷化试剂可以包括，但不限于，三甲基氯硅烷，甲基三氯硅烷，辛基三氯硅烷，六甲基二硅氮烷，以及包含至少一个疏水配体的任何反应性硅烷。在一些实施方案当中，就化学组成和厚度而言，每一个所述一个或多个超疏水涂层210都是相同的。在实施方案中，一个或多个超疏水涂层210中至少一个可以在化学组成和厚度方面不同。在各种不同的实施方案当中，一个或多个超疏水涂层中每一个可以具有在大约0.2μm到大约3μm之间的厚度。
在某些实施方案当中，一个或多个超疏水涂层中的至少一个可以耐受大约1800小时或更长的腐蚀。在一些其它的实施方案当中，一个或多个超疏水涂层中的至少一个可以被用作抗-结冰涂层，减雾涂层，抗微生物涂层，防污涂层，或是水环境下的减少阻力涂层。
图3示意性地展示了按照本发明所教导的各种不同实施方案的一个示例性制品300的部分横截面。示例性制品300可以包括表面320，表面320包括至少一个区域330，和置于至少一个区域330之上的超疏水涂层310，其中超疏水涂层具有至少大约150°的水接触角和小于大约1°的接触角滞后。任何合适的材料可被用作表面320的至少一个区域330，包括，但不限于，金属，硅片，玻璃，陶瓷，塑料，和织物。在各种不同的实施方案当中，超疏水涂层320可以包括一种超高水含量酸催化聚硅酸酯凝胶，其中聚硅酸酯凝胶可以包括具有用硅烷化试剂衍生的表面官能团的二氧化硅颗粒的三维网络和多个孔隙。示例性的硅烷化试剂包括，但不限于，三甲基氯硅烷，甲基三氯硅烷，辛基三氯硅烷，六甲基二硅氮烷，以及包含至少一种疏水配体的任何反应性硅烷。在各种不同的实施方案当中，超疏水涂层310可以具有在大约0.2μm到大约3μm之间的厚度。
在某些实施方案当中，超疏水涂层320可以耐受大约1800小时或更长的腐蚀。在各种不同的实施方案当中，示例性的制品300可以包括，但不限于天线，窗户，汽车，飞机，建筑物，纺织品，船，部分和/或全部浸没于水中的结构，并且超疏水涂层320可被投入到广泛的应用当中，包括，但不限于，抗-结冰涂层，减雾涂层，抗微生物涂层，防污涂层，或是水环境下的减少阻力涂层。
就像类似的憎水的基于溶胶-凝胶的涂层一样，这里所述的超疏水涂层210，310采用与其它薄膜气溶胶类似的方式来制备。尽管如此，超疏水涂层210，310表面化学、即烷基硅烷部分(衍生的表面官能基团)决定了固有材料的粗糙度和超级憎水性。这项属性使得本发明所公开的超疏水涂层210，310花费少并且给予它们生物方面应用的安全性。而且，本发明公开的超疏水涂层210，310的制造过程通过不使用氟-烷基硅烷和类似的氟反应试剂，超疏水涂层210，310和制备它们的方法100是环境友好的。本发明公开的超疏水涂层210，310的其它特点是在600nm下大约1.06到大约1.08范围内的低折射率和光学透明性。
下面列出了实施例，并且这些实施例是可用于实践本公开内容的不同用量和反应物类型和反应条件的举例说明。然而，明显地，可以采用与实施例当中所采用的不同的其它用量和类型的反应物和反应条件来实践本公开内容，并且按照以上公开和下面指出的那样，得到的器件具有不同性质和应用。
具体实施方式
实施例
实施例1：超疏水涂料的配方
表1
原料名称                体积分数              每100ml凝胶体积
                                                                   
甲醇                    0.0832vol/vol         8.32ml
四甲基正硅酸酯(TMOS)    0.0989vol/vol         9.89ml
去离子水                0.8155vol/vol         81.55ml
1.0N盐酸(HCl)           0.0024vol/vol         0.24ml
按照表1列出的顺序混合各反应物。搅拌反应混合物并置于大约50℃下大约120小时的时间。反应完成后，凝胶具有不透明的外观并相当坚固。轻拍反应容器的底部会引起贯穿凝胶的回荡。用干净的器具(比如搅拌棒，刮勺等)打碎凝胶，并在反应容器中加入大约100ml己烷到打碎的凝胶当中。在大约50℃下让溶剂置换至少30分钟。过了溶剂置换时间后，用玻璃移液管和/或注射器除去过量的己烷然后重复己烷清洗至少一次。在排尽过量的己烷后，凝胶被置于冷藏柜中新鲜的己烷当中。由于反应本质上是放热的，以大约8ml到大约12ml的增量逐渐加大约50ml三甲基氯硅烷(TMCS)(也被称作氯三甲基硅烷)至凝胶当中。鼓泡一旦停止以后，将反应容器封闭并置于大约50℃下至少大约8小时。用玻璃移液管除去过量的TMCS并用过量己烷清洗(大约100ml)。重复己烷清洗至少一次。在过量的己烷除去以后，如用己烷清洗那样用过量乙醇(大约100ml)清洗并在制备溶液之前重复至少一次。从最后一次清洗步骤除去过量的乙醇，并加入对于超疏水涂层所需厚度合适的体积的乙醇。采用旋转涂膜方法在大约2000rpm下大约30秒并在大约100℃下大约15分钟热处理形成的各种超疏水涂层的厚度见于表2。值得注意的是浸涂或喷涂会得到更厚的超疏水涂层。
表2
湿凝胶体积∶乙醇体积                        厚度范围
1∶1                                        ＞1μm
1∶2                                        800nm到1μm
1∶3                                        200nm到500nm
1∶4                                        ＞200nm
一个示例性的超疏水涂层具有大约369.47nm的厚度和在大约600nm下大约1.0782的折射率。
虽然已经针对一个或多个实施方式举例说明了本发明，但是可以对举例说明的实施例进行改变和/或改进，而不背离所附权利要求的精神和范围。并且，尽管本发明的一个具体特征可以通过涉及多个实施方式中的一个的方式被公开，但是该特征可以根据需要和任何给定或特定功能的优越性与一个或多个其它实施方式中的特征相组合。另外，词语“包括”，“包含”，“具有”，“有”，“带有”，或其变化在详细描述时和权利要求中被使用时，这些词语意在是包含的，如同词语“包括”。如这里所使用的，短语“一个或多个的”，例如，A，B，和C表示下列任何一个：或是单独的A，B，或C；或是两个合并，比如A和B，B和C，和A和C；或是A，B，和C三个的组合。
考虑到本发明在这里公开的详细说明和实践，本发明的其它实施方案对于本领域技术人员来说是显而易见的。这里的详细说明和实施例只是示例性的，本发明的真正范围和精神通过下列权利要求来体现。

Claims (21)

1.一种超疏水涂层的制备方法，其包括：
提供一种采用第一溶剂、至少一种烷氧基硅烷前体、水和酸形成的超高水含量酸催化聚硅酸酯凝胶，其中聚硅酸酯凝胶包括具有表面官能团的二氧化硅颗粒的三维网络和多个孔隙，并且其中流体置于多个孔隙当中，这种流体包括第一溶剂，烷氧基硅烷的酸催化水解的一种或多种反应产物，和未反应的原料；
用第二溶剂替代置于聚硅酸酯凝胶的多个孔隙当中的所述流体，其中第二溶剂与第一溶剂不能混溶；
采用硅烷化试剂对表面官能团进行衍生从而形成表面衍生的聚硅酸酯凝胶；
表面衍生的聚硅酸酯凝胶在第三溶剂中形成涂料溶液；和
施加涂料溶液至基底表面形成超疏水涂层。
2.根据权利要求1所述的制备超疏水涂层的方法，其中提供超高水含量酸催化聚硅酸酯凝胶的步骤包括使用第一溶剂、至少一种烷氧基硅烷前体、水和酸形成的聚硅酸酯凝胶，其中水与烷氧基硅烷前体的摩尔比率在大约10到大约80的范围内。
3.根据权利要求1所述的制备超疏水涂层的方法，其中烷氧基硅烷前体包括一种或多种硅烷化合物，选自甲基三甲氧基硅烷，乙烯基三甲氧基硅烷，二甲基二乙氧基硅烷，甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷，巯丙基三甲氧基硅烷，氯丙基三甲氧基硅烷，溴丙基三甲氧基硅烷，碘丙基三甲氧基硅烷，和氯甲基三甲氧基硅烷，四乙氧基硅烷，四甲氧基硅烷，和1，2-双(三乙氧基甲硅烷基)乙烷。
4.根据权利要求1所述的制备超疏水涂层的方法，其中以第二溶剂替代聚硅酸酯凝胶的多个孔隙中的流体的步骤包括：
(a)破碎超高水含量酸催化的聚硅酸酯凝胶从而形成碎裂的凝胶；
(b)加第二溶剂到碎裂的凝胶当中并在大约40℃到大约60℃的温度范围内至少保持大约30分钟；
(c)从碎裂的凝胶中移除过量的第二溶剂和第一溶剂；和
(d)二重复步骤b和c至少一次。
5.根据权利要求1所述的制备超疏水涂层的方法，其中采用硅烷化试剂对表面官能团进行衍生从而形成表面衍生的聚硅酸酯凝胶的步骤包括：
逐渐将硅烷化试剂加入到聚硅酸酯凝胶当中，硅烷化试剂包括三甲基氯硅烷，甲基三氯硅烷，辛基三氯硅烷，六甲基二硅氮烷，以及包含至少一种疏水配体的任何反应性硅烷中的一种或多种；
将聚硅酸酯凝胶储存在硅烷化试剂中在大约40℃到大约60℃的温度范围内大约6小时至大约10小时，形成表面衍生的聚硅酸酯凝胶；和
将过量硅烷化试剂除去。
6.根据权利要求1所述的制备超疏水涂层的方法，其中在第三溶剂中形成表面衍生的聚硅酸酯凝胶的涂料溶液的步骤包括：
采用第二溶剂清洗表面衍生的聚硅酸酯凝胶；
采用第三溶剂清洗表面衍生的聚硅酸酯凝胶至少两次；和
加入第三溶剂到表面衍生的聚硅酸酯凝胶当中形成涂料溶液。
7.根据权利要求1所述的制备超疏水涂层的方法，其中第三溶剂与第一溶剂相同。
8.根据权利要求1所述的制备超疏水涂层的方法，其中施加涂料溶液到基底表面上的步骤包括采用浸涂，刷涂，辊涂，喷涂，旋转涂膜，浇铸，和流涂的至少一种来施加涂料溶液。
9.根据权利要求1所述的制备超疏水涂层的方法，其中基底表面包括金属，硅片，玻璃，陶瓷，塑料，和织物的至少一种。
10.一种超疏水器件，包括：
一个基底元件；和
配置到基底元件表面上的一个或多个超疏水涂层，其中一个或多个超疏水涂层包括超高水含量酸催化聚硅酸酯凝胶，聚硅酸酯凝胶包括具有用硅烷化试剂衍生的表面官能团的二氧化硅颗粒的三维网络和多个孔隙，
其中一个或多个超疏水涂层的至少一个具有至少大约150°的水接触角和小于大约1°的接触角滞后。
11.根据权利要求10的超疏水器件，其中基底元件包括金属，硅片，玻璃，陶瓷，塑料，和织物当中的一种或多种。
12.根据权利要求10的超疏水器件，其中硅烷化试剂包括三甲基氯硅烷，甲基三氯硅烷，辛基三氯硅烷，六甲基二硅氮烷，以及包含至少一种疏水配体的任何反应性硅烷中的至少一种。
13.根据权利要求10的超疏水器件，其中一个或多个超疏水涂层中每一个具有在大约0.2μm到大约3μm之间的厚度。
14.根据权利要求10的超疏水器件，其中一个或多个超疏水涂层中的至少一个被用作抗-结冰涂层，减雾涂层，抗微生物涂层，防污涂层，或水环境下的减少阻力涂层的至少一种。
15.根据权利要求10的超疏水器件，其中一个或多个超疏水涂层中的至少一个耐受大约1800小时或更长的腐蚀。
16.一种制品，包括
表面，其中该表面包括至少一个区域；和
置于此至少一个区域上的超疏水涂层，其中超疏水涂层包括超高水含量酸催化聚硅酸酯凝胶，聚硅酸酯凝胶包括具有用硅烷化试剂衍生的表面官能团的二氧化硅颗粒的三维网络和多个孔隙，
其中超疏水涂层具有至少大约150°的水接触角和小于大约1°的接触角滞后。
17.根据权利要求16的制品，其中硅烷化试剂选自由三甲基氯硅烷，甲基三氯硅烷，辛基三氯硅烷，六甲基二硅氮烷，以及包含至少一个疏水配体的任何反应性硅烷组成的组。
18.根据权利要求16的制品，其中超疏水涂层具有在大约0.2μm到大约3μm之间的厚度。
19.根据权利要求16的制品，其中超疏水涂层耐受大约1800小时或更长的腐蚀。
20.根据权利要求16的制品，其中超疏水涂层被用作抗-结冰涂层，减雾涂层，抗微生物涂层，防污涂层，或水环境下的减少阻力涂层中的至少一种。
21.根据权利要求16的制品，其中制品包括天线，窗户，汽车，飞机，建筑物，纺织品，船，部分和/或全部浸没于水中的结构的至少一种。
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