納米防塵自潔表層結構及其制備方法

納米防塵自潔表層結構及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了納米防塵自潔表層結構，是利用表面形貌在納米或者亞微米尺度上的設計構造，生產產生納米結構多孔層，達到：防塵、增透、自潔的目的。利用納米疏水或者親水的粒子，使其成為膠體乳液，能夠比較均勻的分散在玻璃表面，構成較均勻的納米結構。也可以利用模版法光刻或者能量粒子束（光子束、電子束或者離子束）刻蝕來構造納米尺度的尖端結構表面，這樣構造的表面具有很好的表面尖端，使得沉積在表面的大的顆粒與表面的接觸面積明顯減小。接觸面積的減小，能夠減小接觸物與表面的作用力，達到防灰塵的目的。特別是由于沙塵等在其表面的沉積，導致玻璃表面透光率的下降，進而導致太陽能光伏發電板發電能力的降低。
【專利說明】
納米防塵自潔表層結構及其制備方法
技術領域
[0001 ]本發明屬玻璃表面防塵和自潔技術領域，具體地設及納米防塵自潔表層結構及其 制備方法。
【背景技術】
[0002] 表面防塵和自潔是建筑、幕墻玻璃、汽車和太陽能光伏玻璃、W及光學鏡頭和電子 顯示器等應用領域十分關屯、的問題之一。目前主要是通過光觸媒和表面疏水處理來獲得自 潔的目的（荷葉效應）。對于光伏玻璃來說，在大多數少雨水的或者無雨水的地區，一個星期 不清潔的光伏玻璃板的發電能力損失可W達到10%，而一個月的灰塵污染引起的發電能力 損失達20%。因此，光伏玻璃的防塵和自潔是光伏太陽能后期發電運營中最為關屯、的問題之 〇
[0003] 本發明主要為光伏太陽能發電板和幕墻玻璃的防塵自潔提供技術和設計方法。也 可W用于光伏熱能轉換表面的防塵自潔。
[0004] 中國專利CN 201020547731(實用新型)報道了一種在太陽能光伏玻璃表面涂覆超 親水氧化娃和添加納米氧化鐵的涂層。主要利用氧化鐵的光致分解(光催化)達到分解吸附 于玻璃表面有機物。文獻陽akajima, Akira, Kazuhito 化shimoto, Toshiya Wannabe, Kennichi Takai, Goro Yamauchi, and Akira Fujishima. "Transparent superhydrophobic thin films with self-cleaning properties." Langmuir \6, no. 17 (2000): 7044-7047]報道了利用納米氧化鐵的光催化致表面自潔的功能。中國專利 CN103617847A則報道了一種利用真空沉積技術將玻璃纖維素、娃素聚合物和氣素聚合物安 裝與玻璃絕緣子表面，具有良好的絕緣性能，同時在風雨天氣，能夠有一定的自潔能力，起 到防塵作用。幕墻玻璃的防塵和自潔可能都面臨同樣的問題。真空沉積Ti化薄膜法雖有一 定的作用，但成本太高，很難使用。
[0005] 目前玻璃自潔，包括用在太陽能光伏和幕墻玻璃多用真空或者溶膠凝膠法沉積一 層二氧化鐵薄膜，利用其光催化的作用分解表面的有機吸附，利用其親水性能達到自潔的 目的。此外，還有利用疏水劑（如全氣硅烷或者16烷基3甲基氧基硅烷等)修飾表面，通過水 滴與表面接觸性能差的效應達到自潔的目的。
[0006] 對于有大量的雨水的區域，或者通過水洗涂，運些表面的確有很好的自潔作用，但 對于小雨滴，自潔作用很弱，或者能把表面吸附物匯集到局部，顯得更臟。而且運些處理基 本沒有防塵的作用。
[0007] 據報道，我國西北大部分地區及其中東地區，雖然太陽能福射極強，但缺水，風沙 大，太陽能光伏板玻璃表面灰塵的沉積，導致太陽能板發電損失高達10-50%。造成極大的 能源浪費。為此，防塵和自潔的作用非常重要。另外，光伏玻璃表面由于積雪、結霜等導致大 量的發電量的損失。
[000引納米微刻技術包括納米壓印光刻技術、離子束刻蝕主要應用到電子行業。
[0009]離子束刻蝕W離子束為刻蝕手段達到刻蝕目的的技術，其分辨率限制于粒子進入 基底W及離子能量耗盡過程的路徑范圍。離子束最小直徑約lOnm，離子束刻蝕的結構最小 可能不會小于lOnm。目前聚焦離子束刻蝕的束斑可達lOOnmW下，最少的達到lOnm，獲得最 小線寬12nm的加工結果。相比電子與固體相互作用，離子在固體中的散射效應較小，并能W 較快的直寫速度進行小于50皿的刻蝕，故而聚焦離子束刻蝕是納米加工的一種理想方法。 此外聚焦離子束技術的另一優點是在計算機控制下的無掩膜注入，甚至無顯影刻蝕，直接 制造各種納米器件結構。
[0010] 玻璃材料具有良好的微加工性能，利用氨氣酸對玻璃的腐蝕作用，對精密、復雜玻 璃元器件表面進行化學蝕刻、化學拋光等加工，則不僅精度高，還可避免產生加工缺陷，同 時，加工不受器件表面形狀限制、加工效率較高。
[0011] 隨著納米技術發展，人們可W使用化學方法制備多孔納米涂料、納米顆粒涂料，能 相對準確地控制其表面微觀結構，生產出了多孔納米超疏水涂料及多孔納米超親水涂料。

【發明內容】

[0012] 本發明的目的是為解決干旱少雨地區，風沙大，太陽能光伏板玻璃表面灰塵的沉 積，導致太陽能板發電損失的問題，而提供一種納米防塵自潔表層結構及其加工方法。
[0013] 納米防塵自潔表層結構，其表層為多孔納米結構層，厚度小于200納米，所述的孔 為按間距d排列的顆粒構成，灰塵粒子直徑設為D，并滿足下述條件： D))d (1) 或者基底與顆粒的接觸面積為S:
燃 運里P是圓周率常數，可W定義有效接觸面為，表觀接觸面.，其具有防 塵的基本條件為：
13,) 所述的間距d為5-100納米； 所述的顆粒為球狀體、柱狀體、錐形體或網格狀； 所述的納米防塵自潔表層結構的厚度小于100納米； 所述的納米防塵自潔表層結構為超疏水表面，其靜態接觸角大于150度，滾動角小于10 度或者超親水表面，其靜態接觸角小于10度； 所述的納米防塵自潔表層結構，在忽略表面液體的存在情況下，它們之間的摩擦系數 為m，則滑落的灰塵粒子i必須滿足條件： m名姐1 巧-COS 0 + /;"術）> 0 u 其中，m是粒子的質量，g是重力加速度。因為顆粒和接觸面的作用與有效接觸面積直接 相關，或者 %咖嚴叛％她. 稱 運里是比例系數，運樣在給定的傾角下，最小防塵接觸面：
地i 由于一般情況下，摩擦系數m小于1，所W最小有效接觸面積對于給定的材料正比于顆 粒的重量(質量），傾角。
[0014] 防塵效率h可W寫成：
色巧 其中，No是所沉積的顆粒的總數目，簽:"，是停留在表面的粒子數目。
[0015] 基于有機娃納米多孔防塵超疏水涂層納米防塵自潔表層結構的制備方法，它包 括： (A) 制備納米多孔涂層的膠體:取水4-6份，氨水5-7份，1摩爾的草酸溶液8-12份，乙醇 或者甲醇80-120份攬拌均勻混合，并加熱到40-70攝氏度，再加入6-10份甲基Ξ甲基氧基娃 燒和正娃酸乙醋1-3份，攬拌均勻，并保持40-70攝氏度靜置3-5天，后自然冷卻至室溫； (B) 分散膠體:取出上述產物1份，加入3-6份甲醇、乙醇或異丙醇，超聲波分散器分散 10-40分鐘； (C) 涂裝:將分散好的納米膠體，噴涂或者浸涂于玻璃表面，自然干燥后在100-300度溫 度下固化0.2-2個小時，冷卻后取出。
[0016] W樹脂為粘接劑的納米多孔防塵超疏水涂層納米防塵自潔表層結構的制備方法， 它包括： (A) 取30份乙醇、甲醇或異丙醇，加入20份乙酸下醋，攬拌均勻后分別加入6-10份甲基 Ξ甲基氧基硅烷和3-5份正娃酸乙醋，再加入1摩爾/升的氨水2-3份，攬拌并保持3-5小時， 再加入2-7份氣碳樹脂和氨水10-15份攬拌均勻，在攝氏50度下靜置反應2-7天，得到淡黃色 的凝膠； (B) 去除凝膠，加入5-11倍的乙醇稀釋，得到超疏水膠體； (C) 涂裝:可將膠體噴涂、浸涂或提拉法在玻璃表面形成薄膜;在室溫下固化48小時或 者在100-250度內加熱固化30分鐘，得到多孔超疏水防塵涂層納米防塵自潔表層結構。
[0017] 基于納米粒子的防塵超親水涂層納米防塵自潔表層結構的制備方法，它包括： (A) 將5-20納米氧化鐵1份和5-20納米氧化錫2份，利用超聲波分散器，按照0.2-0.8wt% 的濃度分散在甲醇或者乙醇中，形成膠體溶液； (B) 利用刷涂或者浸涂，或者噴涂方式將納米膠體均勻涂敷于其表面。
[001引（C)室溫干燥1-2個小時或者100攝氏度下處理10到30分鐘。
[0019]柱狀納米多孔表面結構納米防塵自潔表層結構的制備方法，它包括： (1) 選擇含鋼玻璃； (2) 表面用有機溶劑清潔； (3) 在其表面用氣象化學反應法沉積一層0.5-2微米的Si02層； (4) 然后通入CF4氣體，在1-3x10-4托的工作壓力下，給基底加500到600伏的負偏壓，進 行真空輝光放電，反應離子刻蝕10-60分鐘后，表面形成納米結構； 巧)將其刻蝕的表面在水蒸汽中水解去掉表面形成的氣化物，得到超親水的納米柱狀 結構，或用低表面能物質修飾，獲得超疏水表面。
[0020]錐狀納米結構玻璃防塵自潔表面防塵自潔表層結構的制備方法，它包括： (1) 選擇合適的玻璃并清潔干凈； (2) 真空蒸發沉積Ni，化或者化金屬40-70納米厚度； (3) 在真空中加熱樣品200-400攝氏度10-30分鐘； (4) 利用CF4等離子刻蝕:在l-5xl〇-2托的真空度下，400-500伏的負偏壓下，放電5-40 分鐘； (5) 利用酸(硝酸，硫酸，鹽酸等)腐蝕掉表面的金屬氣化物； (6) 獲得錐狀超親水表面，或將其表面進行低表面能物質修飾得到超疏水表面。
[0021 ]玻璃上超親水納米紙狀多孔表面防塵自潔表層結構的制備方法，它包括： (1) 清潔表面，去除油潰和污潰； (2) 將玻璃放置于堿性水溶液，其堿液的濃度控制在0.5-4.0摩爾/升，溫度在70-110攝 氏度，時間在0.5-4個小時中靜置； (3) 自然冷卻至室溫，取出玻璃，用水洗涂； (4) 干燥表面。
[0022] 本發明提供了利用表面形貌在納米或者亞微米尺度上的設計構造，生產產生納米 結構多孔層，達到：1)防塵;2)增透(減反射）;3)自潔的目的。比如利用納米疏水或者親水的 粒子，使其成為膠體乳液，能夠比較均勻的分散在玻璃表面，構成較均勻的納米結構.可W 是噴涂，刷涂或者浸在。也可W利用模版法光刻或者能量粒子束(光子束、電子束或者離子 束)刻蝕來構造納米尺度的尖端結構表面，運樣構造的表面具有很好的表面尖端，使得沉積 在表面的大的顆粒與表面的接觸面積明顯減小。接觸面積的減小，能夠減小接觸物與表面 的作用力（一般是范德瓦爾斯作用力），達到防灰塵的目的。特別是由于沙塵等在其表面的 沉積，導致玻璃表面透光率的下降，進而導致太陽能光伏發電板發電能力的降低。
[0023] 基于上面的考慮，
【申請人】設計了如圖1、2、3、4所示的至少四種表面涂層或者改性 的結構;其中空隙間距和顆粒(灰塵)大小的比例非常重要：只要顆粒的粒徑比間距大很多， 就能有效的達到防塵的目的。如果顆粒有一定的大小分布，就必須考慮盡量減小去空隙的 間距。并防止顆粒在空隙之間的嵌入。如果顆粒的平均直徑為D(或者平均大小），基底表面 顆粒的間距為d(或者基底是柱狀體，柱間距），則防塵的基本條件是： :恐錢抹 0? 或者基底與顆粒的接觸面積為S:
運里P是圓周率常數(3.14156…）.可W定義有效接觸面為，表觀接觸面積為S。; ·、:棄卻皆 其具有防塵的基本條件為：
錢苗 其中，比值a的大小決定了有效接觸面積與表觀接觸面積的比值。如果加上接觸面與顆 粒的接觸是平滑的，接觸之間的作用力為范德瓦爾斯作用力(作用力分析見圖5)，在忽略表 面液體的存在(此時無毛細作用力），它們之間的摩擦系數為m，則滑落的粒子i必須滿足條 件： 創名 shi 換//(叫 g cos 巧十 ) > ο 、η 其中，m是粒子的質量，g是重力加速度。因為顆粒和接觸面的作用與有效接觸面積直接 相關，或者 f W,。二。 間 運里是比例系數，運樣在給定的傾角下，最小防塵接觸面
'f熱 由于一般情況下，摩擦系數m小于1，所W最小有效接觸面積對于給定的材料正比于顆 粒的重量(質量），傾角。
[0024] 防塵效率h可W寫成：
《'穿） 其中，No是所沉積的顆粒的總數目，款:是停留在表面的粒子數目。很顯然，防塵效率h 與有效接觸面積和板面的傾角（q)有關。在給定的傾角下（q)，減小有效接觸面積與表觀接 觸面積的比值是最有效的防塵方法。可W通過構造表面結構來達到運個目的。
[0025] 在給定的傾角下，防塵的最大有效接觸面積Sm決定了滑落或者沉積在其表面上的 灰塵的數目。顯然，灰塵粒子的形狀和大小直接決定了防塵的效果。如果要防污(液體或者 半液態狀），則要求表面是超疏水最好。因為親水會導致毛細作用力的出現，會增加一個阻 止滑動的作用力，導致防塵失效或者減弱。
[0026] 如果考慮其玻璃表面的光學透過率，則要同時考慮減反射。其減反射的條件為:薄 層的厚度其中，是結構層的有效折射率(空氣為1.0,玻璃為1.5)。簡單來說就是其 厚度控制的100納米W內。其多孔層的有效折射率逐步由空氣的1.0緩慢的過渡到1.5.運樣 能夠達到最佳減反射的目的。綜合來說圖4是最佳選擇，其它結構要看其具體側重點來綜合 考慮，但達到圖4的生產成本也是最高的。
[0027] 其中圖1可W通過將納米粒子均勻分散(單分散）即可，圖2是柱狀或者棒狀，可W 光刻或者定向生長(種子)獲得，圖3是多孔薄層，可W用多種方法實現，包括樹脂-納米粒子 單分散膠體浸在或者旋涂或者刷涂等，也可W用相分離技術規模化制備；圖4是錐狀，可W 用光刻或者離子束刻蝕獲得。
[002引圖6-10分別為單分散膠體顆粒獲得納米涂層、光刻柱狀多孔涂層、納米粒子型多 孔涂層、錐狀(離子束刻蝕)多孔結構W及紙狀納米多孔結構。運些納米結構均能有效的減 小反射達1-50/0， 如果要達到自潔效能，其表面必須是超疏水(靜態接觸角大于150度，滾動角小于10度。 注意:滾動角大于10度后其自潔效果會降低)或者超親水(靜態接觸角小于10度）。
【附圖說明】
[0029]圖1顆粒狀納米防塵涂層表面結構示意圖； 圖2柱狀納米防塵表面結構示意圖； 圖3紙狀納米防塵表面結構示意圖； 圖4錐狀納米防塵表面結構示意圖； 圖5納米多孔表面與灰塵作用示意圖； 圖6納米多孔表面電子顯微鏡照片，左上角為水接觸照片巧微升）； 圖7柱狀納米結構表面的電鏡照片； 圖8錐狀納米防塵表面電鏡照片； 圖9紙狀納米多孔表面電鏡照片； 圖10試驗所用的沙塵的電鏡照片； 圖11沙塵顆粒的激光粒度分析結果圖； 圖12納米防塵自潔表層結構透光率圖； 圖13-種基于有機娃的防塵超疏水涂層材料的制造工藝示意圖； 圖14有機娃納米超疏水防塵自潔涂層的微結構電鏡照片； 圖15-種基于氣碳樹脂的納米防塵超親水涂層材料的制造工藝示意圖； 圖16W氣碳樹脂為粘接劑的超疏水防塵自潔涂層電鏡照片； 圖17超親水防塵納米涂層材料的制造方法； 圖18直接粘接納米粒子在玻璃表面形成具有防塵效果的納米顆粒薄膜，表面呈超親水 狀態(靜態水接觸角小于3度，見圖左上角的水滴完全是平的）。
【具體實施方式】
[0030] 實施例1:納米多孔涂層及其工藝 請參見附圖1-6、13、14、15，納米防塵自潔表層，其表面具有微孔，微孔孔徑為5-5〇11111; 孔壁為10-50nm; 該表層的厚度為100-200皿;多孔的總橫截面《=巧,心?^/車，4為空隙的平均直徑，在表觀 面積下的空隙數目）與表觀的截面(=)之比在0.05-0.9之間。具體制備方法： (1)一種基于有機娃納米多孔防塵超疏水涂層 (A)制備納米多孔涂層的膠體：取水4-6份，氨水5-7份（如江蘇形扇化學試劑有限公 司），1摩爾的草酸溶液8-12份，乙醇（或者甲醇)80-120份攬拌均勻混合，并加熱到40-70攝 氏度，再將6-10份甲基Ξ甲基氧基硅烷(如南京羅恩娃材料有限公司）和正娃酸乙醋1-3份 加入上述混合液，攬拌均勻，并保持40-70攝氏度溫度下靜置3-5天，后自然冷卻至室溫。具 體施工工藝如附圖13所示。
[0031] (B)分散膠體:取出上述產物1份，加入3-6份甲醇（乙醇或者異丙醇），用超聲波分 散器(如上海生析超聲儀器有限公司FS-450,功率500-1200瓦）10-40分鐘(2-3升）。
[0032] (C)涂裝:將分散好的納米膠體，噴涂(非霧化)或者浸涂于其表面，自然干燥后在 100-300度溫度下固化0.2-2個小時。冷卻后取出。得到如圖14所示的微觀結構圖（電鏡照 片，日立S4800)。
[0033] (D)性能：涂裝后的表面將是納米多孔的，約100-200納米厚的超疏水防塵減反射 涂層。具體指標是:靜態接觸角大于150度，滾動角小于10度;可見光光(400-800納米)透過 率增加0.巧Ij2.0%。防塵性能的具體數據見表1和表2。
[0034] -種W樹脂為粘接劑的納米多孔防塵超疏水涂層： (A)取30份乙醇(或者甲醇，或者異丙醇），加入20份乙酸下醋，攬拌均勻后分別加入6- 10份甲基Ξ甲基氧基硅烷（如南京羅恩娃材料有限公司）和3-5份正娃酸乙醋，再加入1摩 爾/升的氨水2-3份，攬拌并保持3-5小時，最后加入2-7份氣碳樹脂（如:CC1=4，上海東氣化 工有限公司，或者F534廣州氣緣娃科技有限公司，）和氨水10-15份攬拌均勻，在攝氏50度 下靜置反應2-7天，得到淡黃色的凝膠。具體合成工藝如圖15所示。
[0035] (B)去除凝膠，加入5-11倍的乙醇稀釋，得到其超疏水膠體。
[0036] (C)涂裝:可將膠體噴涂，或者浸在、提拉法在其表面形成薄膜。在室溫下固化48小 時或者在100-250度內加熱固化30分鐘，得到多孔超疏水防塵涂層。微結構的電鏡照片如圖 15所示。
[0037] (D)防塵和疏水性能:涂層表面對水的靜態接觸角大于150度，滾動角小于10度;可 見光透過率增加0.5到2.0%。其防塵性能的結果見表一所示。
[0038] -種基于納米粒子的防塵超親水涂層 (A)將納米氧化鐵巧-20納米)1份和納米氧化錫巧-20納米)2份，利用超聲波分散器(上 海生析超聲儀器有限公司FS-450)，按照0.2-0.8wt%的濃度分散在甲醇或者乙醇中，形成膠 體溶液。
[0039] (B)將要施工的表面清潔并保持干燥。
[0040] (C)利用刷涂或者浸涂，或者噴涂方式將納米膠體均勻涂敷于其表面。
[0041] (D)室溫干燥1-2個小時或者100攝氏度下處理10到30分鐘。得到圖15的電鏡照片。 說明是具有較好分散的納米粒子。
[0042] (E)涂層基本性能:水靜態接觸角小于5度。可見光透光率(可見光增加0.5%W上）。
[0043] (F)防塵性能:見表一所示。
[0044] 實施例2柱狀納米多孔表面結構防塵玻璃 納米防塵自潔表層，其表面具有微孔，微孔孔徑為5-50nm，所述的微孔為柱狀體（圖7) 或錐形體（圖8)排列形成的間隙，或網格狀孔（圖9)，所述的柱狀體、錐形體或網格的頂端為 尺度(直徑)為5-30nm。柱狀或者錐狀或者片狀層的高度為80-11納米。
[0045] 所述的表層為玻璃、有機玻璃等透明材料。由于運些結構的表面與其灰塵接觸面 積明顯減小，導致良好的防塵效果。
[0046] 如果運些結構的表面經過聚合物或者低表面能物質修飾，如CF3-CF2-CF2-. . -R或 者CH3-CH2-. . R(R為官能團硅氧烷Si-0-C冊，-OH或者硅烷或者C00H)，則其表面未超疏水， 具有自潔功能。
[0047] 由于表面層的多孔性，其運層的有效折射率在1. 2-1.3之間，具有減反射的功能。 運種結構的具體做法是： (1)選擇合適的含鋼玻璃。
[004引（2)表面用有機溶劑清潔器油潰。
[0049] (3)在其表面沉積一層0.5-2微米的Si02層(用氣象化學反應法沉積，如在1-3χ10- 5 托的真空度下，通入Ν20和SiH4混合氣體（具體見：Lan化eer, D. et al. Formation of high-quality nitrided silicon dioxide films using electron-cyclotron resonance chemical vapor deposition with nitrous oxide and silane. J. Electrochem. Soc. 143, 1681-1684 (1996)〇
[0化0] (4)然后通入CF4氣體，在1-3x10-4托的工作壓力下，給基底加500至化00伏的負偏 壓，進行真空輝光放電，反應離子刻蝕10-60分鐘后表面形成納米結構。
[0051] (5)將其刻蝕的表面在水蒸汽中水解去掉表面形成的氣化物，得到超親水的納米 柱狀結構，如圖7所示。如果用低表面能物質修飾(如真空射頻磁控瓣射沉積50-200納米厚 度的聚四氣乙締），將獲得超疏水表面。
[0052] (6)表征:靜態水接觸角：156度，滾動角，4度，可見光透過率為增加1.5%。
[0化3] (7)防塵性能:如表1所示。
[0054] 實施例3錐狀納米結構玻璃防塵自潔表面的制備及其性能 (1)選擇合適的玻璃并清潔干凈。
[0055] (2)真空蒸發沉積Ni，化或者化金屬40-70納米厚度。
[0化6] (3)在真空中加熱樣品200-400攝氏度10-30分鐘。
[0057] (4)利用CF4等離子刻蝕:在l-5xl〇-2托的真空度下，400-500伏的負偏壓下，放電5- 40分鐘。
[0058] (5)利用酸(硝酸，硫酸，鹽酸等)腐蝕掉表面的金屬氣化物。
[0059] (6)獲得如圖8所示的錐狀超親水表面，如果將其表面進行低表面能物質修飾(如 真空射頻磁控瓣射20-70納米厚度的聚四氣乙締薄膜，或者在1%的全氣硅烷液體中浸泡10- 50分鐘)得到超疏水表面。表面的靜態水接觸角155度，滾動角3度;可見光透過率增加1.2% (平均）。
[0060] (7)防塵性能，見表1。
[0061] 實例4玻璃上超親水納米紙狀多孔表面及其防塵性能 (1)清潔表面，去除油潰和污潰，如果用大氣等離子體處理(如:南京世峰科技的SF-P- 60L)效果更佳。
[0062] (2)將玻璃放置于堿性水溶液(NaOH，NH40H，K0H)，其堿液的濃度控制在0.5-4.0 摩爾/升，溫度在70-110攝氏度，時間在0.5到4個小時中靜置。
[0063] (3)自然冷卻至室溫，取出玻璃，用水洗涂。
[0064] (4)干燥(室溫或者烘烤)表面，得到如圖9所示的納米片狀結構的多孔表面，其中， 紙的厚度約10-30納米，空的大小5-70納米。
[0065] 巧)性能:玻璃表面的光的透過率增加4.0-7.0%(平均，雙面腐蝕）;水靜態接觸角： 0度。
[0066] (6)防塵性能:見表1。
[0067]注:表面傾角在零度時的灰塵質量為初始撒放的灰塵量。天梓的稱量精度為0.01 克。所用的灰塵未平均粒度16微米(D50)，具體顆粒的電鏡形貌照片見圖10,其顆粒大小的 激光粒度分析圖見圖11。
【主權項】
1. 納米防塵自潔表層結構，其表層為多孔納米結構層，厚度小于200納米，所述的孔為 按間距d排列的顆粒構成，灰塵粒子直徑設為D，并滿足下述條件： D))d 載弓 或者基底與顆粒的接觸面積為S:徽 運里（是圓周率常數，可W定義有效接觸面為，表觀接觸面積為.w-f·心其具有防塵 的基本條件為：2. 根據權利要求1所述的納米防塵自潔表層結構，其特征在于:所述的間距d為5-100納 米。3. 根據權利要求1或2所述的納米防塵自潔表層結構，其特征在于:所述的顆粒為球狀 體、柱狀體、錐形體或網格狀。4. 根據權利要求3所述的納米防塵自潔表層結構，其特征在于:所述的納米防塵自潔表 層結構的厚度小于100納米。5. 根據權利要求4所述的納米防塵自潔表層結構，其特征在于:所述的納米防塵自潔表 層結構為超疏水表面，其靜態接觸角大于150度，滾動角小于10度或者超親水表面，其靜態 接觸角小于10度。6. 根據權利要求1或5所述的納米防塵自潔表層結構，其特征在于:所述的納米防塵自 潔表層結構，在忽略表面液體的存在情況下，它們之間的摩擦系數為m，則滑落的灰塵粒子i 必須滿足條件：其中，m是粒子的質量，g是重力加速度； 因為顆粒和接觸面的作用與有效接觸面積直接相關，或者雜1 運里是比例系數，運樣在給定的傾角下，最小防塵接觸面：雜9 由于一般情況下，摩擦系數m小于1，所W最小有效接觸面積對于給定的材料正比于顆 粒的質量，傾角； 防塵效率h可W寫成：其中，No是所沉積的顆粒的總數目，Σα是停留在表面的粒子數目。7. 基于有機娃納米多孔防塵超疏水涂層納米防塵自潔表層結構的制備方法，它包括： (A) 制備納米多孔涂層的膠體:取水4-6份，氨水5-7份，1摩爾的草酸溶液8-12份，乙醇 或者甲醇80-120份攬拌均勻混合，并加熱到40-70攝氏度，再加入6-10份甲基Ξ甲基氧基娃 燒和正娃酸乙醋1-3份，攬拌均勻，并保持40-70攝氏度靜置3-5天，后自然冷卻至室溫； (B) 分散膠體:取出上述產物1份，加入3-6份甲醇、乙醇或異丙醇，超聲波分散器分散 10-40分鐘； (C) 涂裝:將分散好的納米膠體，噴涂或者浸涂于玻璃表面，自然干燥后在100-300度溫 度下固化0.2-2個小時，冷卻后取出。 8. W樹脂為粘接劑的納米多孔防塵超疏水涂層納米防塵自潔表層結構的制備方法，它 包括： (A) 取30份乙醇、甲醇或異丙醇，加入20份乙酸下醋，攬拌均勻后分別加入6-10份甲基 Ξ甲基氧基硅烷和3-5份正娃酸乙醋，再加入1摩爾/升的氨水2-3份，攬拌并保持3-5小時， 再加入2-7份氣碳樹脂和氨水10-15份攬拌均勻，在攝氏50度下靜置反應2-7天，得到淡黃色 的凝膠； (B) 去除凝膠，加入5-11倍的乙醇稀釋，得到超疏水膠體； (C) 涂裝：可將膠體噴涂、浸涂或提拉法在玻璃表面形成薄膜;在室溫下固化48小時或 者在100-250度內加熱固化30分鐘，得到多孔超疏水防塵涂層納米防塵自潔表層結構。9. 基于納米粒子的防塵超親水涂層納米防塵自潔表層結構的制備方法，它包括： (A) 將5-20納米氧化鐵1份和5-20納米氧化錫2份，利用超聲波分散器，按照0.2-0.8wt% 的濃度分散在甲醇或者乙醇中，形成膠體溶液； (B) 利用刷涂或者浸涂，或者噴涂方式將納米膠體均勻涂敷于其表面； (C)室溫干燥1-2個小時或者100攝氏度下處理10到30分鐘。10. 柱狀納米多孔表面結構納米防塵自潔表層結構的制備方法，它包括： (1) 選擇含鋼玻璃； (2) 表面用有機溶劑清潔； (3) 在其表面用氣象化學反應法沉積一層0.5-2微米的Si02層； (4) 然后通入CF4氣體，在1-3x10-4托的工作壓力下，給基底加500到600伏的負偏壓，進 行真空輝光放電，反應離子刻蝕10-60分鐘后，表面形成納米結構； (5) 將其刻蝕的表面在水蒸汽中水解去掉表面形成的氣化物，得到超親水的納米柱狀 結構，或用低表面能物質修飾，獲得超疏水表面。11. 錐狀納米結構玻璃防塵自潔表面防塵自潔表層結構的制備方法，它包括： (1) 選擇合適的玻璃并清潔干凈； (2) 真空蒸發沉積Ni，化或者化金屬40-70納米厚度； (3) 在真空中加熱樣品200-400攝氏度10-30分鐘； (4) 利用CF4等離子刻蝕:在1-5χ10-2托的真空度下，400-500伏的負偏壓下，放電5-40分 鐘； (5) 利用酸(硝酸，硫酸，鹽酸等)腐蝕掉表面的金屬氣化物； (6) 獲得錐狀超親水表面，或將其表面進行低表面能物質修飾得到超疏水表面。12. 玻璃上超親水納米紙狀多孔表面防塵自潔表層結構的制備方法，它包括： (1)清潔表面，去除油潰和污潰； (2)將玻璃放置于堿性水溶液，其堿液的濃度控制在ο. 5-4. ο摩爾/升，溫度在70-110攝 氏度，時間在0.5-4個小時中靜置； (3 )自然冷卻至室溫，取出玻璃，用水洗涂； (4)干燥表面。
【文檔編號】C03C17/30GK106082692SQ201610425153
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月16日
【發明人】楊得全
【申請人】楊得全