新加坡南洋理工大學(xué)科學(xué)家開發(fā)長效防霧涂層，用于塑料表面，可"自我清潔"。
新加坡南洋理工大學(xué)（NTU Singapore）的科學(xué)家開發(fā)了一種新型涂層，當(dāng)應(yīng)用于塑料表面時，可以防止起霧和"自清潔"，克服頻繁重新涂抹的需要。
（L-R）NTU研究團(tuán)隊包括材料科學(xué)與工程學(xué)院教授CHEN ZHONG，博士生SUN YE和國家教育學(xué)院自然科學(xué)與科學(xué)教育學(xué)術(shù)小組負(fù)責(zé)人RAJDEEP SINGH RAWAT教授。
通過兩步法應(yīng)用薄的雙層二氧化硅 - 二氧化鈦薄膜的耐用涂層。
首先，用氧等離子體處理塑料表面，這是清潔表面以提高附著力的常見工業(yè)方法。然后使用脈沖激光沉積將薄的雙層薄膜沉積在塑料表面上 - 其中激光束聚焦以蒸發(fā)來自預(yù)期涂層目標(biāo)的材料，以達(dá)到所需的薄膜厚度水平。
圖形摘要
與類似的工業(yè)方法相比，該方法在制造過程中可以更好地控制薄膜的厚度和結(jié)構(gòu)，并產(chǎn)生更高質(zhì)量的薄膜。
涂層對塑料表面表現(xiàn)出優(yōu)異的附著力。當(dāng)使用奶酪布墊（光學(xué)鍍膜的標(biāo)準(zhǔn)測試）和使用玻璃紙膠帶的附著力測試）進(jìn)行磨損時，涂層保持了良好的耐久性。
當(dāng)水蒸氣凝結(jié)成水滴在表面上時，就會觀察到霧化，因此涂層的防霧性能是通過凝結(jié)的水滴擴(kuò)散成不阻擋視覺的均勻薄膜的速度來測量的。在新涂層的實(shí)驗中，數(shù)字快速幀成像顯示水滴在93毫秒內(nèi)擴(kuò)散，小于人眼平均眨眼100毫秒的持續(xù)時間。
NTU團(tuán)隊的研究結(jié)果于2021年12月發(fā)表在同行評審的科學(xué)期刊《應(yīng)用表面科學(xué)》上。
克服臨時防霧涂料的局限性
防霧噴霧劑和濕巾是眼鏡或眼鏡佩戴者中的熱門產(chǎn)品，自COVID-19大流行以來更是如此，因為戴口罩成為常態(tài)，佩戴者試圖防止冷凝遮擋他們的視線。
防霧涂層也用于太陽能電池板，擋風(fēng)玻璃和在潮濕環(huán)境中使用的顯示器或透鏡。
然而，目前市場上的解決方案，如防霧噴霧和濕巾是暫時的，因為它們不能承受洗滌，必須定期重新涂抹。此外，它們?nèi)菀妆晃酃富蚣?xì)菌污染表面，這意味著需要更換或維護(hù)。
（a）和（b）S5表面5μL水滴的光學(xué)圖像，水在100毫秒內(nèi)的擴(kuò)散行為（c）數(shù)字圖像，顯示暴露于熱蒸汽中的涂層（頂部）和未涂層（底部）PC的防霧性能。
雖然其他地方的研究人員已經(jīng)開發(fā)出用于塑料的防霧涂料，但其廣泛采用的兩個最大障礙是制造加工時間長和耐用性差 - 即塑料表面和涂層之間的附著力弱。
該研究的聯(lián)合首席研究員，南洋理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院（MSE）的陳忠教授說："當(dāng)今大多數(shù)防霧解決方案都是暫時的，功效有限。我們的團(tuán)隊已經(jīng)展示了一種快速制造的方法，大約需要一個小時，并產(chǎn)生持久的結(jié)果，證明了其在廣泛的實(shí)際應(yīng)用中的潛力。
由于新設(shè)計的涂層具有持久的防霧和"自清潔"能力，NTU研究團(tuán)隊認(rèn)為他們的創(chuàng)新提供了一種有吸引力的長期解決方案，可以克服塑料霧化的問題，這些問題也可能降低成本和浪費(fèi)。
在陽光照射下涂覆"自清潔"
二氧化鈦 - NTU團(tuán)隊開發(fā)的涂層中使用的一種化學(xué)物質(zhì)，具有光催化能力，這意味著它可以通過在陽光（紫外線）下與有機(jī)殘留物反應(yīng)并去除有機(jī)殘留物來"自清潔"。
在實(shí)驗室測試中，新開發(fā)的涂層具有"自清潔"能力，能夠在一整天的紫外線照射后分解塑料表面上的污染物（即細(xì)菌，污垢）。
(a)未處理、氧等離子體表面處理PC、TiO2納米顆粒薄膜(S2)和SiO2/TiO2納米顆粒薄膜(S5)的XPS光譜比較;(b) (c) (d)和(e)是SiO2/TiO2薄膜(S5)的c 1s、O 1s、Si 2p和Ti 2p的高分辨率XPS譜。
聯(lián)合首席研究員，NTU國家教育研究所自然科學(xué)與科學(xué)教育學(xué)術(shù)小組負(fù)責(zé)人Rajdeep Singh Rawat教授說："我們的創(chuàng)新有望用于各種光學(xué)元件的工業(yè)應(yīng)用，例如，在監(jiān)控攝像頭保護(hù)蓋上。涂層的"自清潔"能力使其成為一種低維護(hù)和無故障的解決方案，因為蓋子可能較少被表面污垢和污垢遮擋，從而為監(jiān)控提供了更清晰的視野。
新開發(fā)的鍍膜還具有抗反射性，在常規(guī)塑料鏡片上具有高達(dá)89%的出色可見光透射率，比沒有鍍膜的同一鏡片好約5%。這對于眼鏡特別有用，因為更高的可見光透射率允許更多的光線穿過塑料到達(dá)眼睛，從而實(shí)現(xiàn)更高的清晰度。
（A）亞甲基藍(lán)濃度（Ct/C0）在4種試驗條件下24小時紫外光照射后：僅MB、未涂層的原始PC、SiO2涂層和SiO2/TiO2涂層（S5）。相對濃度分別為0.88±0.02、0.77±0.03、0.77±0.02和0.64±0.02；（B）制備的S5樣品在初始、5小時和24小時輻照時間下的亞甲基藍(lán)溶液吸收光譜，以及（C）在用油酸沉積的SiO2/TiO2表面（S5）上的水接觸角隨UV輻射時間的變化。
該研究的第一作者，MSE學(xué)院的博士生Sun Ye說："報告的結(jié)果證明了我們涂層的多功能性。它具有抗反射，防霧和自清潔功能。此外，制造方法快速且易于實(shí)施，具有出色的耐用性。這使得我們的創(chuàng)新在其他防霧方法中獨(dú)樹一幟，這些方法往往最終導(dǎo)致功能有限的涂層。”
研究團(tuán)隊已經(jīng)為這項創(chuàng)新申請了新加坡專利，該團(tuán)隊正在尋求加強(qiáng)工業(yè)合作，將創(chuàng)新從實(shí)驗室推向市場。
來源：Mechanically robust multifunctional antifogging coating ontransparent plastic substrates，Applied Surface Science，10.1016/j.apsusc.2021.152307
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