南洋理工大學陳忠教授、Rawat教授 : 以高分子聚合物為基底的具耐久性的高透光防霧涂層制備

WaterOff

2022-08-10 10:00:17

高分子聚合物鏡片材料因其重量輕，折射率高，及易于制作成復雜形狀等特征，越來越多地被用來取代玻璃材料。然而，高分子聚合物機械強硬度低，及在使用過程中易起霧，進而影響透光性是制約其廣泛應用的主要因素。超親水涂層可以有效的防止霧面的產生。但是，高分子聚合物本身的惰性，不耐高溫及固有低硬度等特點不僅僅限制了涂層工藝的選擇，也影響到了涂層的粘著力等可靠性。

本文介紹一種高效且相對簡易的方式在室溫下制備了高分子聚合物鏡片材料上的超親水氧化硅涂層。氧化物硬度高于基底材料，同時可以提高防機械磨損及刮傷能力。先對基底材料進行氧氣等離子體表面處理然后通過脈沖激光沉積二氧化硅納米薄膜（圖1）。該涂層展示出極好的防霧特性（圖2），超親水性持續時間長（圖3）。涂層具有一定的防反射能力，在可見光波長范圍內的透光率提高了接近3個百分點（圖4）。氧氣等離子體表面處理不僅僅改變了表面形貌，而且提高了表面能，大大提高了涂層和基底之間的粘著力，從而獲得了更高可靠性以及耐久性（圖5）。該工藝在眼鏡及高精密光學行業有著極大的應用潛力。

該項技術正在進行專利申請，歡迎業界商品化合作。

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圖1. 涂層工藝路線：氧氣等離子體表面處理后進行脈沖激光沉積親水性二氧化硅

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圖2.（A）及（B）有無親水性二氧化硅涂層的聚碳酸酯（PC）基材蒸汽測試對比；（C）冷凝測試

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圖3.（A）隨時間推移的水接觸角測量（Water Contact Angle）；（B）在氧氣等離子體處理后水接觸角測量；（C）在接觸高溫蒸汽后10小時后的水接觸角測量；（D）及（E）展示了水在100毫秒內的快速擴散行為

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圖4. 超親水性二氧化硅涂層（a）在Zeonex E48R 光學塑料玻璃基材上的透光率；（b）在PC基材上透光率

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圖5. （A）（B）及（C）涂層附著力測試展示了涂層在基底上很好的附著力；（D）表面形態在磨損測試后稍有改變但不影響親水性及防霧性能（E）（F）膠帶附著力測試前后的抗起霧實驗結果；（G）（H）及（I）對比實驗：未經氧氣等離子體處理的基體涂層在附著力測試中脫落

文章第一作者是Ye Sun (孫曄)，通訊作者是Zhong Chen (陳忠)、 Rajdeep Singh Rawat。文章通訊單位是Nanyang Technological University, Singapore （新加坡南洋理工大學）；National Institute of Education, Nanyang Technological University, Singapore (新加坡南洋理工大學國立教育學院)。

原文鏈接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admi.202101864

陳忠教授課題組:

https://personal.ntu.edu.sg/aszchen/

Rajdeep Singh Rawat教授課題組:

https://nie.edu.sg/profile/rajdeep-singh-rawat