2016年11月11日 星期五 09:15:33
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抗污防霧透明涂料——吸水材料和疏水材料的完美結合

發表時間:2020/7/28

從人們佩帶的眼鏡到攝像機鏡頭再到汽車用擋風玻璃,透明材料已經應用于生活的方方面面,而這些廣泛應用于生活的透明材料始終面臨著容易起霧的問題。例如我們佩戴口罩,呼吸氣時容易造成眼鏡起霧,遮擋視線。

現如今,已經有很多透明材料防霧策略,最常用的就是在透明鏡片表面進行親水涂層處理,使得凝結在透明涂層上的水形成水膜而不是水珠,從而起到防霧的作用。但是經過親水處理的鏡片因為表面能大,導致其防污性能下降。為了保證透明材料在防霧的同時具有耐污性能,部分科研工作者通過在親水涂層上覆蓋上一層疏水納米材料,水分子可以透過疏水納米層被親水涂層吸收,以此來保證表面不起霧,而疏水納米層則可以起到防污功效。這種方法雖然效果很好,但是當親水涂層吸水達到飽和時,防霧功能便會失效。


覆有納米疏水材料與親水涂層的材料示意圖


近日,浦項科技大學(Pohang University of Science and Technology)Hyomin Lee團隊開發出一種新型吸水型超疏水復合涂料。其由親水聚合物復合材料基底和疏水聚合物材料柱狀陣列組成。基底材料采用殼聚糖和羧甲基纖維素,兩種材料之間有較強的靜電吸引,使得基底材料結合緊密。另外,殼聚糖與羧甲基纖維素有良好的親水性,可以作為涂料的吸水材料。

對于吸水的聚合物基底,厚度越厚則防霧性能越好。但是聚合物基底越厚則會導致透光率越差,因此為平衡透明性和防霧性能,將聚合物基底厚度控制在1793 nm。由于二氧化硅納米粒子層的折射率低于聚合物涂層的折射率,因此在聚合物基底上涂布一層二氧化硅納米粒子層以有效提升聚合物涂層的抗反射率。

另利用模板法在聚合物/納米二氧化硅涂層表面接上含氟聚醚材料陣列,使得涂料形成了疏水表面。納米二氧化硅層保證了含氟聚醚納米柱與基底涂料緊密結合,而分布的含氟材料納米陣列使得復合涂料更加疏水。在水蒸汽在涂料表面凝結的過程中,柱狀納米陣列不會阻止基底材料對水汽的吸收。由此,在保證疏水表面的同時,基底材料可以順利吸收水汽保證涂料表面無水珠凝結。由于含氟材料的自潤滑作用,柱狀陣列還可以起到防刮的作用,在經過砂紙打磨厚,沒有接柱狀含氟聚醚材料陣列的聚合物/二氧化硅涂層出現明顯的刮痕。


新型吸水型超疏水復合涂料疏水和防霧功能示意圖


論文名稱:Wet-Style Superhydrophobic Antifogging Coatings for Optical Sensors

論文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202002710


(來源:紡織導報官微)


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