[發明專利]一種超雙疏增透玻璃表面層及其制備方法

有效

• 申請號: 201410185563.2
• 申請日: 2014-05-04
• 公開（公告）號: CN103936297A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 顧文秀;鄒路易;楊光東;劉世偉;李磊;王玉如;盧先領;陳鳳鳳
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: C03C17/34
• 分類號: C03C17/34;C03C17/23;C03C17/32;C03C15/00
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技術領域

一種超雙疏增透玻璃表面層及其制備方法，本發明屬于新型材料領域，特別屬于自清潔光學材料領域。具體涉及無機納米材料的制備、光學涂層膜的制備、表面處理技術領域。

背景技術

為了防止透明基材受到污染，影響其透光率，需對其表面進行自清潔增透涂層保護性處理。具有超雙疏（超疏水、超疏油）高透光率的涂層膜，具有防霜、防霧、抗污染、抑菌的自清潔性能，且兼具優良的透光性，可在惡劣的環境中有效地保護光學元件、光電子元件、太陽能電池和激光系統的性能不受環境的影響，大大拓寬了這些設備的使用范圍，保證了使用可靠性和延長使用壽命，從而大幅度地提高這些設備的實用價值。

超疏水表面在自然界中很常見，如植物的葉子、水黽的腳、蜘蛛的絲、蝴蝶的翅膀、西瓜皮、蛾眼等。水在這些表面上形成接觸角超過150°的小液珠，若表面略微傾斜就會迅速滾落。表面污染物如灰塵等可以被滾落的水滴帶走而不留下任何痕跡，這種表面自清潔效應，稱為“荷葉效應”。經研究表明：荷葉的超疏水性是由表面上的微米-納米級復合結構的乳突及表面疏水的蠟狀物質共同作用產生的，其微觀結構為下層微米級的乳突上分布著納米級的微結構。因此公認的制備超疏水表面的關鍵是有效構筑表面微納復合結構（或表面粗糙度）及進行表面化學修飾以降低表面自由能。在平表面上，通過降低表面自由能最多只能將接觸角提高至大約119°。因此，人工構建超疏水表面的關鍵在于構筑合適的、具有雙（多）重微納復合粗糙度的層次結構。

與超疏水表面相比，構建超雙疏表面是個技術難題，因為低表面能的有機液體，如醇或油，更易于在固體表面鋪展開來。因此大多超疏水的表面并不疏油，即不能有效避免低表面能液體造成的污染，如植物油，而這種油污染可以輕易地影響甚至完全破壞其超疏水性。現實的應用環境里很多污染物為有機物，因此表面必須同時疏水疏油才能有效阻止或減少有機污染物的附著、防灰塵、防結霜、防霧和抑菌，從而真正實現自清潔效果。

另一方面，表面粗糙度越大，疏水性能越好。但是粗糙度越大，表面散射越強，導致透光率降低。由于透光率與粗糙度是兩個相互競爭的因素，因此控制合適的表面粗糙度，構建超疏水超疏油增透涂層膜是個技術難題。目前的文獻報道主要集中于超疏水涂層，少量涉及超疏水透明涂層膜或超疏水超疏油涂層膜，這些人工構建的雙（多）重微納復合粗糙層次結構在提高涂層表面疏水疏油性能的同時，有的降低了透光率，有的由于基材和微納復合粗糙結構之間及微納復合粗糙結構內部結合力多為物理吸附，因而結合力弱，機械性能差，耐用性不夠，性能不穩定，更有甚者容易脫落，難以在惡劣環境中使用，使其實用價值大打折扣。

因此構建具有超疏水超疏油兼有增透功能的，高機械強度、高穩定性、耐用性強的玻璃表面，是個亟待解決的問題，具有重要的實際應用價值。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術存在的缺陷，提供一種超雙疏增透玻璃表面層及其制備方法，使所得玻璃表面層具有超疏水超疏油自清潔性能的同時兼有優良的透光率和高機械強度，實現穩定性高、耐用性強、具有實際應用價值的自清潔玻璃表面層，可在惡劣的環境中有效地保護光學元件、光電子元件、太陽能電池和激光系統的性能不受環境的影響，大大拓寬這些設備的使用范圍，保證其使用可靠性和延長其使用壽命，從而大幅度地提高這些設備的實用價值。

本發明的技術方案：一種超雙疏增透玻璃表面層及其制備方法，可通過以下技術方案實現：先通過NH₄F/HF刻蝕液刻蝕玻璃本體表面，以獲得超疏水超疏油所需的表面雙級微納結構中的下層亞微米粗糙結構，然后通過納米二氧化硅在混合溶劑中的分散液進行噴涂，直接構建成具有懸垂結構的雙級粗糙玻璃表面層，通過調控溶劑的比例，可達到最佳填充因子，再以小分子含氟化合物為修飾劑，以具有優良成膜性能及透光性的聚甲基丙烯酸甲酯為成膜液，進行氟化修飾，制得所述超雙疏增透玻璃表面層。

一種超雙疏增透玻璃表面層的制備方法，具體包括如下步驟：

亞微米級粗糙玻璃表面的制備：玻璃基底分別在去離子水和無水乙醇中超聲20min，得清潔玻璃基底；將清潔玻璃基底在NH₄F/HF刻蝕液中刻蝕30～60min，NH₄F/HF刻蝕液的配比：氫氟酸(mL):水(mL):氟化銨（g）為0.1～0.15:1:0.5～0.6，水洗，室溫鼓風干燥，得亞微米級粗糙玻璃表面；