自清洁防雾元件制造技术

本实用新型专利技术涉及一种自清洁防雾元件，包含透光的基底材料；透光的阻挡膜，形成在基底材料的一侧表面上；光催化底膜，形成在阻挡膜上，光催化底膜为具有多孔结构的TiO2或ZnO或SnO2薄膜，且TiO2或ZnO或SnO2薄膜的孔体积对膜总体积比为5～25％；光催化膜上还形成有光催化硬膜，光催化硬膜为具有多孔结构的TiO2或ZnO或SnO2薄膜，且TiO2或ZnO或SnO2薄膜的孔体积对膜总体积比小于5％。本实用新型专利技术的自清洁防雾元件的光催化底膜和光催化硬膜有较大的比表面，即使仅较薄的厚度，也可以具有强的光催化能力；光催化硬膜具有良好的亲水性、耐磨性、耐酸耐碱性、耐候性；本实用新型专利技术的防雾元件还可以以软质塑料基材制作成贴膜，应用灵活。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种自清洁防雾元件，如防雾玻璃和防雾膜等。
技术介绍
在日常生活、工业生产活动中，当建筑物窗玻璃、汽车的挡风玻璃、窗玻璃和反光镜等，在遇到潮湿的空气冷凝时，容易在镜面或玻璃表面形成许多微小的水滴(雾)而散 光，使透明度降低影响视线，带来不便。目前已经投入使用和研究开发的自清洁玻璃的表面功能膜材料主要是TiO2以及TiO2与其他金属、金属氧化物或其他元素掺杂的复合物。超亲水自清洁玻璃的自清洁功能表现为两方面一是光催化分解有机物的能力。TiO2在紫外光或可见光照射下，当照射光子的能量大于或者等于其能带宽度的时候，介带中的电子被激发，越过价带进入导带，在导带和价带上形成电子-空穴对，电子、空穴具有不同的活性，分别与吸附在TiO2表面的有机物质发生氧化还原反应，生成水和CO2,从而达到降解有机物的目的。另一方面是紫外线照射后，氧化钛其表面表现出对水的亲和性，使水的液滴在玻璃材料表面上的接触角趋于零，能在其表面铺展，形成均匀的水膜，通过均匀水膜的重力下落带走污溃。而制备二氧化钛的方法也很多。例如，磁控溅射、化学气相沉积、蒸发镀、溶胶凝胶法等。为了保持其表面能够比较长时间的亲水性，二氧化硅也被用来与二氧化钛结合起来应用。用磁控溅射法制备得到的TiO2薄膜的硬度大，然而其光催化作用效果不好，MakikoYamagishi 等(Thin Solid Films, Vol 442, 227, 2003)发现，用磁控派射制备的氧化钛，当工作气压较高时，光的催化作用大。而Yushiyuki Kubo等(J. Vac. Sci. Technol. AVol. 26，893，2008)发现,高气压下气流溅射制备氧化钛膜时,增大反应气体的氧气量,可以得到多孔氧化钛薄膜，该薄膜具有很高的光催化性，但硬度较低。磁控溅射制备的氧化钛硬度高，但光催化作用远小于高氧气下中气压气流派射的膜。T. Shibata等(J. Phys. Chem. B107，10696，2003)发现，如果TiO2薄膜具有张应力，其亲水性要比没有应力或有压缩应力的膜好很多。事实上，由于张应力下Ti-O键变长，使得吸附的-OH基的数目增多。在缺乏紫外光照射时，TiO2本身是不亲水的。为了使得在没有紫外光照射下，膜的表面能够保持较长时间的亲水效果，美国专利5854708提出用多孔的SiO2薄层覆盖TiO2膜。这样，紫外线在打02膜中诱导的空穴和电子，可以通过SiO2的孔与其表面的有机物作用，对其分解。由于SiO2本身亲水，可以在没有紫外光照射下表面也能保持较长时间的亲水性。但是他们没有给出TiO2作为亲水膜层或光催化膜层时，TiO2的微观结构对膜的影响和限制。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种自清洁防雾元件，具有良好的持久的亲水性和防雾效果。为达到上述目的，本技术采用的技术方案是一种自清洁防雾元件，它包含透光的基底材料；透光的阻挡膜，形成在所述基底材料的一侧表面上；光催化底膜，形成在所述阻挡膜上，所述光催化底膜具有多孔结构，且所述光催化底膜的孔体积对膜总体积比为5 25% ;所述光催化底膜上还形成有光催化硬膜，所述的光催化硬膜也具有多孔结构，且光催化硬膜的孔体积对膜总体积比小于5%。更进一步地说，所述的基底材料为玻璃，所述的光催化底膜的硬度小于等于4H，所述的光催化硬膜的硬度大于等于6H。优选地，所述的光催化底膜为TiO2或ZnO或SnO2薄膜。 优选地，所述的光催化硬膜为TiO2或ZnO或SnO2薄膜。在基底材料为玻璃时，阻挡膜可以阻止溅射过程中玻璃材料中的钠离子或其他杂质离子向光催化底膜的扩散，影响TiO2或ZnO或SnO2薄膜的光催化活性。两层光催化薄膜中，光催化底膜形成多孔结构，使得后来沉积的光催化硬膜也容易形成多孔结构，提高光催化的作用，此外由于光催化硬膜的孔体积对膜总体积之比较小，膜层质地较硬，起到耐磨损的保护内层光催化底膜的作用。由于光催化硬膜延续了底层的多孔结构，具有高的表面积，光催化效果得到增强。两层光催化薄膜之间形成孔体积对膜总体积比的渐进过渡，并且孔的密度随光催化膜层厚度的增加而减少，从而避免了灰尘完全堵住内部孔。这样形成的TiO2或ZnO或SnO2薄膜具有张应力，由于张应力下Ti_0、Zn-0, Sn-O键变长，使得吸附的-OH基的数目增多，非常适合取得良好的亲水性。因此本技术采用光催化底膜和光催化硬膜能够取得良好的光催化性、亲水性和耐磨性。孔体积对膜总体积比可以通过测量膜的折射率决定，折射率可以用椭圆偏振仪测得。然后利用 Lorentz-Lorenz 方程~，这里，Vp 是孔 in) + 2)-(n + 2)2体积占膜的总体积比，ns是无孔膜的折射率，nf是有孔膜的折射率。进一步地说，所述的光催化底膜为TiO2薄膜，所述的光催化底膜中掺杂有Cu、Nb、Co、N元素中的一种；或者，所述的光催化底膜为ZnO薄膜，所述的光催化底膜中掺杂有Al、B、In、Ga元素中的一种；或者，所述的光催化底膜为SnO2薄膜，所述的光催化底膜中掺杂有F、Sb元素中的一种。更进一步地，所述的光催化硬膜为TiO2薄膜，所述的光催化硬膜中掺杂有Cu、Nb、Co、N元素中的一种；或者，所述的光催化硬膜为ZnO薄膜，所述的光催化硬膜中掺杂有Al、B、In、Ga元素中的一种；或者，所述的光催化硬膜为SnO2薄膜，所述的光催化硬膜中掺杂有F、Sb元素中的一种。优选地，所述的掺杂元素对所述的光催化底膜或所述光催化硬膜中的Ti或Zn或Sn的原子比小于5%。优选地，所述的光催化底膜的厚度为10 50nm。优选地，所述的光催化硬膜的厚度为50 200nm。或者，所述的基底材料还可以为塑料薄膜。优选地，所述的基底材料为PET薄膜或PMMA或PC材料。优选地，所述的基底材料上与所述阻挡膜相对的另一侧表面上设有粘结层。优选地，所述的光催化底膜的硬度小于等于2H，所述的光催化硬膜的硬度大于等于3H。优选地，所述光催化底膜与/或光催化硬膜通过中气压气流溅射方法沉积。优选地，它包含多层所述的光催化底膜和光催化硬膜，多层所述的光催化底膜和光催化硬膜交替排布，在第一层光催化硬膜上方再设置光催化底膜和光催化硬膜，即所述的膜层结构可以重复沉积多层TiO2或ZnO或Sn02/Si02，叠加为多层结构，这样在总厚度不变时，重复层数可以减少水汽浸蚀基底材料和膜的界面，提高附着强度的耐候性。更进一步地，所述的光催化硬膜上还形成有具有多孔结构且呈亲水性的透明亲水膜，所述亲水膜为多孔SiO2膜，该SiO2膜结构不致密。优选地，所述的亲水膜的厚度为10 50nm。由于SiO2膜沉积在多孔的光催化硬膜上，且具有多孔特性。SiO2表面可以吸附羟基，形成比Ti-OH更稳定的Si-OH，使得亲水性保持时间更长。SiO2质地也比光催化底膜和光 催化硬膜更硬，可以进一步保护下面的膜层。优选地，所述的阻挡膜为SiO2或Cr2O3,或Si3N4或Al2O3薄膜。上述自清洁防雾元件的制造方法包含下述步骤A、首先，用中气压气流溅射方法，在基底材料上沉积一层阻挡膜，反应放电气压为10 40Pa，功率密度为5W/cm2 ；B、然后，在所述阻挡膜上镀光催化底膜，反应中控制Ar/^流量比为100 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自清洁防雾元件，它包含透光的基底材料；透光的阻挡膜，形成在所述基底材料的一侧表面上；光催化底膜，形成在所述阻挡膜上，其特征在于：所述光催化底膜具有多孔结构，且所述光催化底膜的孔体积对膜总体积比为5～25％；所述光催化底膜上还形成有光催化硬膜，所述的光催化硬膜也具有多孔结构，且光催化硬膜的孔体积对膜总体积比小于5％。

【技术特征摘要】
1.一种自清洁防雾元件，它包含 透光的基底材料； 透光的阻挡膜，形成在所述基底材料的ー侧表面上； 光催化底膜，形成在所述阻挡膜上，其特征在于所述光催化底膜具有多孔结构，且所述光催化底膜的孔体积对膜总体积比为5 25% ;所述光催化底膜上还形成有光催化硬膜，所述的光催化硬膜也具有多孔结构，且光催化硬膜的孔体积对膜总体积比小于5%。2.根据权利要求I所述的自清洁防雾元件，其特征在于所述的基底材料为玻璃。3.根据权利要求2所述的自清洁防雾元件，其特征在于所述的光催化底膜的硬度小于等于4H，所述的光催化硬膜的硬度大于等于6H。4.根据权利要求I所述的自清洁防雾元件，其特征在于所述的光催化底膜为TiO2或ZnO或SnO2薄膜。5.根据权利要求I所述的自清洁防雾元件，其特征在于所述的光催化硬膜为TiO2或ZnO或SnO2薄膜。6.根据权利要求I所述的自清洁防雾元件，其特征在于所述的光催化底膜的厚度为10 50nm。7.根据权利要求I所述的自清洁防雾元件，其特征在于所述的光催化硬膜的厚度为50 20...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭射宇，李洪美，
申请(专利权)人：苏州羿日新能源有限公司，
类型：实用新型
国别省市：