一种高透疏水防尘薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高透疏水防尘薄膜及其制备方法，属于功能材料制备技术领域。本发明专利技术解决了现有疏水自清洁薄膜制备成本高、工艺复杂且薄膜结合力差的技术问题。本发明专利技术利用原子层沉积系统在玻璃基底表面制备一层ZnO薄膜，然后将有机硅树脂和疏水型纳米二氧化硅相结合，旋涂于试片表面，得到具有良好的除尘效果的薄膜。本发明专利技术制备的疏水自清洁薄膜最高光透过率达到98.12％，疏水角为127

【技术实现步骤摘要】
一种高透疏水防尘薄膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种高透疏水防尘薄膜及其制备方法，属于功能材料制备


技术介绍

[0002]月球的特殊环境使月尘极易黏附在光学器件表面上，降低输出功率并且易使设备过热而失效，给探月工程带来极大的危害。月尘主要来源是月球表面的风化和微流星体的碰撞。沉积在探月设备表面的月尘由于极强的粘附力，很难被自然清除，最终导致探月设备故障甚至失效。
[0003]目前，月尘的防护方式主要分为主动防护与被动防护两种。其中，主动防护主要是清洁被保护表面或利用外力防止月尘在器件表面积累，常用的方法有机械法和电除尘法。机械法除了除尘刷之外，还包括喷气、超声、凝胶、粘胶等，此类方法都需要宇航员或者机器人亲自参与，浪费资源和时间。然而，电除尘法需要额外装置和控制电路，增加探月设备的结构复杂性，带来安全隐患。区别于主动防护技术，被动技术不需要借助外力即可减小月尘在光学器件表面上的吸附。在使用前通常对器件进行表面改性，从而减小灰尘与被保护表面之间的作用力以实现防护的目的。
[0004]疏水自清洁薄膜作为一种被动除尘技术，它是依靠微纳米结构和低表面能，在有水存在情况下可以带走大量灰尘，但是在月球环境下，绝大多数疏水自清洁薄膜的除尘效果并不理想，而且以氟碳化合物为主的低表面能物质的成本高、制备工艺复杂并且薄膜结合力差。因此，从提高薄膜的透明度和结合力的角度出发，提供一种高透疏水防尘薄膜及其制备方法是十分必要的。

技术实现思路

[0005]本专利技术为了解决现有上述技术问题，提供一种高透疏水防尘薄膜及其制备方法。
[0006]本专利技术的技术方案：
[0007]一种高透疏水防尘薄膜，该薄膜以氧化锌涂层为下层膜，以疏水型纳米二氧化硅薄膜为上层膜；所述的下层膜为单层氧化锌涂层，厚度为15
‑
45nm；所述的上层膜为单层疏水型纳米二氧化硅薄膜，厚度为100
‑
300nm。
[0008]进一步限定，疏水型纳米二氧化硅粒径为10
‑
30nm。
[0009]上述高透疏水防尘薄膜的制备方法，该方法包括以下步骤：
[0010]步骤1，基底前处理：对基底进行超声清洗；
[0011]步骤2，制备下膜层：将经过前处理后的基底进行原子层沉积处理，在基底的表面沉积ZnO膜层，
[0012]步骤3，制备上膜层：在下膜层表面旋涂含有疏水型纳米二氧化硅的涂料，后处理为80℃加热台加热5min获得高透疏水防尘薄膜。
[0013]进一步限定，步骤1中超声清洗的具体操作过称为：首先使用无水乙醇清洗15min，清洗次数为1次；然后使用丙酮清洗20min，清洗次数为1次；再然后使用无水乙醇清洗
15min，清洗次数为2次；再然后使用去离子水清洗15min，清洗次数为1次；再然后使用无水乙醇清洗15min，清洗次数为1次；最后在70℃条件下干燥1h。
[0014]进一步限定，步骤2中原子层沉积处理的具体操作过称为：
[0015](1)将经过步骤1处理后的基底放在原子层沉积仪的沉积腔体内，将真空腔体抽至4
‑6×
10
‑3Torr，然后通入氮气至腔体压力为0.1
‑
0.2Torr，保持腔体温度100
‑
200℃；
[0016](2)在基底表面进行原子层周期沉积生长，重复执行150
‑
250个生长沉积周期，获得镀有ZnO膜层的基底。
[0017]更进一步限定，每个生长沉积周期的过程为：
[0018]①
向原子层沉积仪的沉积腔体内以脉冲形式注入锌源，脉冲时间t1为0.01
‑
0.03s；
[0019]②
切断进气阀、排气阀进行反应，反应时间t2为5
‑
8s；
[0020]③
打开进气阀、排气阀，利用氮气进行吹扫，吹扫时间t3为30
‑
50s；
[0021]④
向沉积腔体内以脉冲形式注入水源，水源温度为室温，脉冲时间t4为0.01
‑
0.03s；
[0022]⑤
切断进气阀、排气阀进行反应，反应时间t5为5
‑
8s，形成ZnO；
[0023]⑥
打开进气阀、排气阀，利用氮气进行吹扫，吹扫时间t6为40s，完成一个沉积生长周期。
[0024]更进一步限定，锌源为二乙基锌。
[0025]进一步限定，步骤3中旋涂的条件为：转速3000r/min，加速度1000r/min，时间30s。
[0026]进一步限定，步骤3中后处理条件为：80℃加热台加热5min。
[0027]进一步限定，涂料制备过程为：
[0028]①
将0.5g疏水型纳米二氧化硅粒子充分分散到50mL乙醇溶液中，获得二氧化硅分散液；
[0029]②
将10mL有机硅树脂加入到40mL乙醇溶液中充分溶解，获得有机硅树脂溶液；
[0030]③
取5mL有机硅树脂溶液加入到步骤
①
获得的二氧化硅分散液中，充分搅拌获得涂料。
[0031]更进一步限定，采用分散球加强纳米二氧化硅的分散效果。
[0032]本专利技术具有以下有益效果：本专利技术首先利用原子层沉积系统在玻璃基底表面制备一层ZnO薄膜，然后将有机硅树脂和疏水型纳米二氧化硅相结合，旋涂于试片表面，得到具有良好的除尘效果的薄膜。本专利技术还具有以下优点：
[0033](1)本专利技术使用疏水型二氧化硅，相比于现有技术无需氟改性就可以达到疏水效果；
[0034](2)本专利技术获得的薄膜的最高光透过率达到98.12％，疏水角为127
°
，此外该薄膜还具有耐摩擦，附着力强，使用寿命长等优点；
[0035](3)本专利技术提供的制备方法具有工艺简单，原料易得，成本低廉的优点。
附图说明
[0036]图1为实施例1制得的具有疏水防尘薄膜的玻璃在400
‑
800nm波长的光透过率；
[0037]图2为玻璃基底上滴加水滴的光学照片；
[0038]图3为实施例1制得的具有疏水防尘薄膜的玻璃上滴加水滴的光学照片；
[0039]图4为玻璃基底水滴接触角光学照片；
[0040]图5为实施例1制得的具有疏水防尘薄膜的玻璃水滴接触角光学照片；
[0041]图6为在玻璃基底和实施例1制得的具有疏水防尘薄膜的玻璃上撒上玄武岩粉的光学图片(靠近角度尺侧为玻璃基底)；
[0042]图7为倾角为50
°
时玻璃基底和实施例1制得的具有疏水防尘薄膜的玻璃上玄武岩粉掉落情况的光学图片(靠近角度尺侧为玻璃基底)；
[0043]图8为玄武岩粉掉落后玻璃基底和实施例1制得的具有疏水防尘薄膜的玻璃表面态光学图片(右侧为玻璃基底)；
[0044]图9为实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高透疏水防尘薄膜，其特征在于，该薄膜以氧化锌涂层为下层膜，以疏水型纳米二氧化硅薄膜为上层膜；所述的下层膜为单层氧化锌涂层，厚度为15
‑
45nm；所述的上层膜为单层疏水型纳米二氧化硅薄膜，厚度为100
‑
300nm。2.根据权利要求1所述的一种高透疏水防尘薄膜，其特征在于，所述的疏水型纳米二氧化硅粒径为10
‑
30nm。3.一种权利要求1所述的高透疏水防尘薄膜的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1，基底前处理：对基底进行超声清洗；步骤2，制备下膜层：将经过前处理后的基底进行原子层沉积处理，在基底的表面沉积ZnO膜层，步骤3，制备上膜层：在下膜层表面旋涂含有疏水型纳米二氧化硅的涂料，后处理为80℃加热台加热5min获得高透疏水防尘薄膜。4.根据权利要求3所述的一种高透疏水防尘薄膜的制备方法，其特征在于，所述的步骤1中超声清洗的具体操作过称为：首先使用无水乙醇清洗15min，清洗次数为1次；然后使用丙酮清洗20min，清洗次数为1次；再然后使用无水乙醇清洗15min，清洗次数为2次；再然后使用去离子水清洗15min，清洗次数为1次；再然后使用无水乙醇清洗15min，清洗次数为1次；最后在70℃条件下干燥1h。5.根据权利要求3所述的一种高透疏水防尘薄膜的制备方法，其特征在于，所述的步骤2中原子层沉积处理的具体操作过称为：(1)将经过步骤1处理后的基底放在原子层沉积仪的沉积腔体内，将真空腔体抽至4
‑6×
10
‑3Torr，然后通入氮气至腔体0.15Torr，保持腔体温度100
‑
200℃；(2)在基底表面进行原子层周期沉积生长，重复执行150
‑
250个生长沉积周期，获得镀有ZnO膜层的基底。6.根据权利要求5所述的一种高透疏水防...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢松涛，李杨，吴晓宏，郭宝，李晓春，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学重庆研究院深圳市仁发航天技术有限公司，
类型：发明
国别省市：