一种防污基板及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种防污基板，包括：基底；所述基底的表面至少具有一个功能区域；所述功能区域至少一部分具有涂层；所述功能区域上具有多个凸台，所述凸台的平均高度为10～2000nm，凸台的平均直径为20～500nm，凸台的平均直径与相邻凸台之间的平均间距的比值为0.1～10；所述涂层采用疏水材料制成。本发明专利技术还公开了一种防污基板的制备方法。本发明专利技术制备的防污基板具有较强的防污性和耐磨性，且基底有多种选择，本发明专利技术所述防污基板直接在基板表面蚀刻，可以解决表面耐磨性差的问题，同时可以通过控制表面蚀刻的深度来控制样品表面外观，采用本发明专利技术的防污基板的制备方法生产成本较低，工艺简单，可以大规模批量生产。

【技术实现步骤摘要】
一种防污基板及其制备方法
本专利技术涉及一种防污材料，具体涉及一种防污基板及其制备方法。
技术介绍
防污材料的表面一般具有疏水表面，疏水表面一般是指固体表面与水的接触角大于120°的表面。由于疏水表面与水滴的接触面积非常小，水滴极易从表面滚落。因此，疏水表面不仅具有自清洁功能，而且还具有防电流传导、防腐蚀、防水、防雾、防毒、防雪、防霜冻、防黏附、防污染等功能，因而在建筑、服装纺织、液体输送、生物医学、日用品与包装、交通运输工具以及微量分析等领域都具有广泛的应用前景。为了使样品具有防污功能，大多是在样品的表面制备超疏水涂层，但是这样制备的样品存在表面耐磨性差的问题，经过反复摩擦难以维持样品表面原本形貌。为了使样品表面具有耐磨性，在传统的制备工艺中，通常通过特定的工艺在基底表面植入凸起阵列，凸起阵列与基底形成界面粘接，经过反复摩擦，凸起阵列容易从基底表面剥离，从而容易导致样品表面的耐磨性较差的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供一种具有防粘附、防污染且耐磨的防污基板及其制备方法。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种防污基板，包括：基底；所述基底的表面至少具有一个功能区域；所述功能区域至少一部分具有涂层；所述功能区域上具有多个凸台，所述凸台的平均高度为10～2000nm，凸台的平均直径为20～500nm，凸台的平均直径与相邻凸台之间的平均间距的比值为0.1～10；所述涂层采用疏水材料制成。凸台的平均直径是指凸台上表面的平均直径；相邻凸台之间的平均间距是指相邻凸台之间的最短距离的平均值。多个凸台的设置可以增加样品表面的耐磨性，凸台的高度、直径、相邻凸台之间的间距和疏水材料制备的涂层影响着材料的防污疏水性。本专利技术所述防污基板上具有较好防污性能的同时还解决了样品表面耐磨性差的问题。凸台的形状可以为任意形状，可以为圆柱或者圆台型，并非是严格的圆柱或圆台，如侧面不是完全光滑的弧面。如果凸台直径太小，高度太高，其机械强度将变低，容易遭到破坏，导致耐磨性越差。如果凸台直径太大，高度太低，凸台结构的对基板表面产生的防污效果不明显。当凸台的平均高度为10～2000nm，凸台的平均直径为20～500nm时，基板的耐磨性和防污性能较佳。优选地，凸台的平均高度为80～1000nm。凸台的高度大于1000nm时，如果继续提高凸台高度，对防污效果提升不明显，且会导致凸台的加工效率下降，成本上升；当凸台高度小于80nm时，加工过程中高度一致性较难保证，防污效果容易恶化。因此当凸台的平均高度为80～1000nm时，加工效率较高、加工成本较低、防污效果和耐磨性较佳。当凸台的平均直径与相邻凸台之间的平均间距的比值为小于0.1时，材料的表面接触角较小，使基板表面的防污性能较差；当凸台的平均直径与相邻凸台之间的平均间距的比值大于10时，基板的表面的凸台结构将不明显，基板的防污效果也会变差，因此，凸台的平均直径与相邻凸台之间的平均间距的比值优选为0.1～10。作为本专利技术所述防污基板的更优选实施方式，凸台的平均直径与相邻凸台之间的平均间距的比值为0.5～5。当凸台的平均直径与相邻凸台之间的平均间距的比值为大于0.5时，材料的表面接触角大于130°，防污效果较好；当凸台的平均直径与相邻凸台之间的平均间距的比值为大于5时，防污性能呈现下降的趋势，因此，凸台的平均直径与相邻凸台之间的平均间距的比值为0.5～5时，防污效果更佳。作为本专利技术所述防污基板的优选实施方式，所述涂层的厚度为2～200nm。涂层的厚度越厚，制备而成的材料的防污性能越好，但是涂层将对凹陷的部位有一定的填充，涂层越厚其对疏水防污的增加效果就越来越小，相反它的增大影响了凸台结构，让凸台的高度下降，会更大地减少接触角，涂层的厚度为2～200nm较佳。作为本专利技术所述防污基板的更优选实施方式，涂层的厚度为5～100nm。由于表面基本被疏水涂层覆盖，涂层厚度大于100nm，随着涂层厚度的继续增大，疏水材料对提升接触角效果有限，对接触角的增大效果不再明显，故涂层的厚度在5-100nm防污性能最佳。作为本专利技术所述防污基板的优选实施方式，所述基底的材料为陶瓷材料；所述涂层的材料为含氟化合物。作为本专利技术所述防污基板的优选实施方式，所述基底的材料包含二氧化硅、二氧化锆、碳化硅、氧化钇、氧化钙、氧化铈、氮化硅和碳化锆中的至少一种；所述含氟化合物为氟硅烷、全氟聚醚、全氟烷基磺酸盐和氟碳树脂中的至少一种。作为本专利技术所述防污基板的优选实施方式，所述含氟化合物为全氟癸基三乙氧基硅烷。当涂层材料为全氟癸基三乙氧基硅烷时，防污效果最佳。本专利技术的另一目的在于提供了一种工艺简单、可批量生产的防污基板的制备方法，为实现此目的，本专利技术采取的技术方案为：一种防污基板的制备方法，包括以下步骤：(1)、在基底表面镀金属膜层或氧化物膜层，得镀有金属膜层或氧化物膜层的基底；(2)、对步骤(1)所得镀有金属膜层或氧化物膜层的基底进行热处理，得基底模板；(3)、对步骤(2)所得的基底模板进行刻蚀，然后对刻蚀后的基底模板进行清洗，得具有凸台的基底；(4)、对步骤(3)所得的具有凸台的基底涂覆疏水材料，得所述防污基板。热处理可以使蒸镀的金属膜或氧化物膜层产生收缩成球的现象，其原理为：因为金属膜层或氧化物膜层与基底的材料不同，或者当材料一致时，膜层的密度与基底的密度不同，两者相接触的界面结构不同，存在表面张力差，加热后金属膜层或氧化物膜层熔融，因此膜层材料原子趋于形成表面能最低的球状(纳米团簇)，从而致密的金属膜或氧化物膜通过热处理会在基底上形成具有一定间距的纳米岛结构，得到基底模板。对基底模板进行刻蚀，没有金属或氧化物颗粒覆盖的基底模板将被刻蚀，有金属或氧化物颗粒覆盖的基底模板将保留形成凸台，然后对刻蚀后的基底模板进行清洗，通过清洗容易将金属镀层从基底表面去除，清洗后得到具有凸台的基底，然后对具有凸台的基底涂覆疏水材料，得所述防污基板。与其他模板形成的方法相比，采用热处理形成基底模板的方法对设备要求更低，成本可控，适用于大规模量产。与紫外光刻、激光直写、纳米压印等工艺相比，本专利技术的图案化工艺主要具有明显的优势。因为紫外光刻需要涂覆光刻胶，对样品表面的平整度要求很高，设备投入大；激光直写会破坏样品表面形貌，如果抛光后的样品去做激光蚀刻的话，表面会变得粗糙，肉眼一下就能看出来；纳米压印工艺复杂，还有难以大规模投产。而本专利技术直接在基板表面蚀刻，可以解决表面耐磨性差的问题，同时可以通过表面蚀刻的深度来确保样品表面形貌不变化。作为本专利技术所述防污基板的制备方法的优选实施方式，在步骤(1)之前还包括步骤(1a)：对基底进行清洗。基底可以先用清洗剂清洗掉油污，然后用超声波清洗，再用去离子水清洗，以使基底表面更洁净，有利于在基底表面镀金属或氧化物。作为本专利技术所述防污基板的制备方法的优选实施方式，步骤(1)中，所述金属膜层的材料为金、银、锡、铜和镍中的至少一种。作为本专利技术所述防污基板的制备方法的优选实施方式，步骤(1)中，所述金属膜层的材料为银。银在进行热处理时不需要在保护气氛下进行，工艺更加简单可控。作为本专利技术所述防污基板的制备方法的优选实施方式，步骤(1)中，所述氧化物膜层的材料为氧化铝、氧化铜、氧化锡、二氧化硅、二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种防污基板，其特征在于，包括：基底；所述基底的表面至少具有一个功能区域；所述功能区域至少一部分具有涂层；所述功能区域上具有多个凸台，所述凸台的平均高度为10～2000nm，凸台的平均直径为20～500nm，凸台的平均直径与相邻凸台之间的平均间距的比值为0.1～10；所述涂层采用疏水材料制成。

【技术特征摘要】
1.一种防污基板，其特征在于，包括：基底；所述基底的表面至少具有一个功能区域；所述功能区域至少一部分具有涂层；所述功能区域上具有多个凸台，所述凸台的平均高度为10～2000nm，凸台的平均直径为20～500nm，凸台的平均直径与相邻凸台之间的平均间距的比值为0.1～10；所述涂层采用疏水材料制成。2.如权利要求1所述的防污基板，其特征在于，所述涂层的厚度为2～200nm；优选地，所述涂层的厚度为5～100nm。3.如权利要求1所述的防污基板，其特征在于，所述基底的材料包含二氧化硅、二氧化锆、碳化硅、氧化钇、氧化钙、氧化铈、氮化硅和碳化锆中的至少一种；所述涂层的材料为氟硅烷、全氟聚醚、全氟烷基磺酸盐和氟碳树脂中的至少一种。4.一种如权利要求1～3中任一项所述防污基板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、在基底表面镀金属膜层或氧化物膜层，得镀有金属膜层或氧化物膜层的基底；(2)、对步骤(1)所得镀有金属膜层或氧化物膜层的基底进行热处理，得基底模板；(3)、对步骤(2)所得的基底模板进行刻蚀，然后对刻蚀后的基底模板进行清洗，得具有凸台的基底；(4)、对步骤(3...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱基华，
申请(专利权)人：潮州三环集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44