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淺談自清潔減反膜的研究進(jìn)展

來(lái)源: 玻璃雜志 作者:田芳、陳志紅 2019/3/4 10:16:27

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中玻網(wǎng)】減反射膜也稱(chēng)增透膜,主要功能是減少材料表面的反射光,增加透射光,是一種應(yīng)用范圍很廣的鍍膜膜層,已被廣泛應(yīng)用于日常生活、電子、工業(yè)、天文、軍事等領(lǐng)域。傳統(tǒng)的清洗方法是采用表面活性劑清洗,不僅加重環(huán)境污染,而且需要反復(fù)進(jìn)行,耗費(fèi)大量的人力、財(cái)力和物力。因此,近年來(lái),自清潔減反射膜的研究和發(fā)展受到較大關(guān)注,制備具有自清潔特性并且效率高率的減反射膜成為技術(shù)發(fā)展的需要。

  原理簡(jiǎn)介。(1)減反射原理,為了減少反射光,增加透射光,可在基底表面鍍具有合適厚度和折射率的膜層,其減反射效果主要是通過(guò)相消性干涉方式來(lái)實(shí)現(xiàn),主要是利用膜系產(chǎn)生的干涉效果來(lái)清理反射光,提高光的透過(guò)率。(2)自清潔原理,親水性方面,水滴在材料表面上的接觸角趨于零,當(dāng)水接觸材料時(shí),迅速在其表面鋪展形成均勻的水膜,并通過(guò)水膜的重力下落可以去除污漬,從而達(dá)到自清潔效果;疏水性方面,原理是基于“荷葉效應(yīng)”,荷葉的自潔效應(yīng)是源于其表面的空氣層、乳頭狀突起和蠟質(zhì)層共同組成的細(xì)微結(jié)構(gòu),這種粗糙的細(xì)微結(jié)構(gòu)可以提高水滴在材料表面的接觸角,使水滴較容易滾落,水滴在材料表面滾動(dòng)時(shí)會(huì)帶走灰塵和污染物,從而達(dá)到自清潔的效果。

  自清潔減反膜的常用材料。(1)二氧化鈦,因其光致催化性、光致超親水性、成本低廉而被廣泛用作自清潔減反膜的材料,特別是納米級(jí)粉末和薄膜的發(fā)展,使TiO2的應(yīng)用得到了推廣。但是由于TiO2薄膜超大的缺點(diǎn)是折射率較高,一般在2.2~2.7之間,會(huì)增加透明基底表面的反射率,因此,科學(xué)研究工作者們采用不同工藝方法來(lái)降低TiO2薄膜的折射率,2011年,王建伍等人利用溶膠—凝膠法制備出的SiO2/TiO2雙層減反膜,在可見(jiàn)光波段的透過(guò)率很高可達(dá)到97.2%,紫外光照射后薄膜的接觸角接近0°,具有較好的自清潔性。(2)二氧化硅,具有低折射率(折射率約為1.3)、低價(jià)電性、高化學(xué)穩(wěn)定性、耐酸堿腐蝕性等優(yōu)良性能,是目前研究超多,也是應(yīng)用廣泛的減反膜之一。如今,諸多科學(xué)家在探究和構(gòu)建具有“荷葉效應(yīng)”的SiO2減反膜,Wei-Lun Min等采用旋涂法和刻蝕技術(shù)制備出了有序的微凸體二氧化硅六角柱顆粒陣列結(jié)構(gòu),增強(qiáng)了材料表面可見(jiàn)光的透過(guò)率,并且通過(guò)控制刻蝕時(shí)間長(zhǎng)短控制其接觸角,使其具備自清潔特性。

  自清潔減反膜的研究進(jìn)展。在自清潔減反膜的研究工作中,眾多優(yōu)異科研工作者做出了優(yōu)越的貢獻(xiàn)并取得了一定的成就。2013年,文獻(xiàn)采用疊層技術(shù)(LBL)在玻璃基底上制備出由納米顆粒、空心納米微球和納米片組成的具有寬波長(zhǎng)減反射和超雙疏的薄膜。雖然科學(xué)研究者們已經(jīng)采取了各種各樣的手段來(lái)構(gòu)建具有自清潔性能的減反膜,但是居多的研究知識(shí)局限于實(shí)驗(yàn)室的研究階段,并不適合大規(guī)模的生產(chǎn),因此,對(duì)于實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用仍然存有較大的機(jī)遇和挑戰(zhàn):首先,機(jī)械性差;其次,成本高,規(guī)模小。現(xiàn)今報(bào)道的具有自清潔特性的制備工藝大多都涉及了復(fù)雜的工藝過(guò)程、較為嚴(yán)苛的制備環(huán)境、昂貴的試劑和設(shè)備等,成本較高,并且只適用于較小的基底或者特定的基底材料,規(guī)模較小。

  自清潔減反膜的發(fā)展趨勢(shì)。此類(lèi)有限的耐久性和高昂的成本會(huì)阻礙這種具有自清潔特性的減反膜的應(yīng)用和發(fā)展。未來(lái),下列研究方向?qū)⒁鸶嘌芯抗ぷ髡邆兊淖⒁饬Γ孩倮矛F(xiàn)在先進(jìn)的分析手段及工具和理論計(jì)算水平,更多地探索揭示薄膜組分、結(jié)構(gòu)、表面特性的關(guān)系以及薄膜機(jī)制的構(gòu)建;②構(gòu)建具有高機(jī)械強(qiáng)度和耐用型的自清潔減反膜表面結(jié)構(gòu)依然是研究工作中的要點(diǎn),當(dāng)然,環(huán)境因素也應(yīng)考慮在內(nèi);③新型材料和先進(jìn)的鍍膜技術(shù)的應(yīng)用,也可以拓寬自清潔減反膜的應(yīng)用領(lǐng)域。

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