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南洋理工大学陈忠教授、Rawat教授 : 以高分子聚合物为基底的具耐久性的高透光防雾涂层制备

2022年02月20日 点击:

高分子聚合物镜片材料因其重量轻,折射率高,及易于制作成复杂形状等特征,越来越多地被用来取代玻璃材料。然而,高分子聚合物机械强硬度低,及在使用过程中易起雾,进而影响透光性是制约其广泛应用的主要因素。超亲水涂层可以有效的防止雾面的产生。但是,高分子聚合物本身的惰性,不耐高温及固有低硬度等特点不仅仅限制了涂层工艺的选择,也影响到了涂层的粘着力等可靠性。

本文介绍一种高效且相对简易的方式在室温下制备了高分子聚合物镜片材料上的超亲水氧化硅涂层。氧化物硬度高于基底材料,同时可以提高防机械磨损及刮伤能力。先对基底材料进行氧气等离子体表面处理然后通过脉冲激光沉积二氧化硅纳米薄膜(图1)。该涂层展示出极好的防雾特性(图2), 超亲水性持续时间长(图3)。涂层具有一定的防反射能力,在可见光波长范围内的透光率提高了接近3个百分点(图4)。氧气等离子体表面处理不仅仅改变了表面形貌,而且提高了表面能,大大提高了涂层和基底之间的粘着力,从而获得了更高可靠性以及耐久性(图5)。该工艺在眼镜及高精密光学行业有着极大的应用潜力。


该项技术正在进行专利申请,欢迎业界商品化合作。


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图1. 涂层工艺路线:氧气等离子体表面处理后进行脉冲激光沉积亲水性二氧化硅


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图2.(A)及(B)有无亲水性二氧化硅涂层的聚碳酸酯(PC)基材蒸汽测试对比;(C)冷凝测试


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图3.(A)随时间推移的水接触角测量 (Water Contact Angle);(B)在氧气等离子体处理后水接触角测量;(C)在接触高温蒸汽后10小时后的水接触角测量;(D)及(E)展示了水在100毫秒内的快速扩散行为


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图4. 超亲水性二氧化硅涂层(a)在Zeonex E48R 光学塑料玻璃基材上的透光率;(b)在PC基材上透光率


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图5. (A)(B)及(C)涂层附着力测试展示了涂层在基底上很好的附着力;(D)表面形态在磨损测试后稍有改变但不影响亲水性及防雾性能 (E)(F)胶带附着力测试前后的抗起雾实验结果;(G)(H)及(I)对比实验:未经氧气等离子体处理的基体涂层在附着力测试中脱落


文章第一作者是Ye Sun (孙晔),通讯作者是Zhong Chen (陈忠)、 Rajdeep Singh Rawat。文章通讯单位是Nanyang Technological University, Singapore (新加坡南洋理工大学);National Institute of Education, Nanyang Technological University, Singapore (新加坡南洋理工大学国立教育学院)。


原文链接:

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


陈忠教授课题组: 

https://personal.ntu.edu.sg/aszchen/ 

Rajdeep Singh Rawat教授课题组:

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