CN102311234B

CN102311234B - 透明的自清洁SiO2防雾涂层及其制备方法

Info

Publication number: CN102311234B
Application number: CN 201010222133
Authority: CN
Inventors: 贺军辉; 杜鑫
Original assignee: Technical Institute of Physics and Chemistry of CAS
Current assignee: Technical Institute of Physics and Chemistry of CAS
Priority date: 2010-07-09
Filing date: 2010-07-09
Publication date: 2013-05-01
Anticipated expiration: 2030-07-09
Also published as: CN102311234A

Abstract

本发明属于纳米材料技术领域，涉及透明的自清洁SiO₂防雾涂层及其制备方法。本发明采用静电自组装方法，将阶层介孔SiO₂纳米粒子和聚电解质交替组装，从而得到超亲水或疏水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层。由阶层介孔SiO₂纳米粒子构成的涂层表面具有阶层孔结构和阶层粗糙结构；所述的阶层介孔SiO₂纳米粒子的阶层介孔是在SiO₂纳米粒子的表面同时具有由无定形的二氧化硅骨架结构围绕而成的2～5nm的介孔，和由无定形的二氧化硅骨架结构围绕而成的5～30nm的介孔。由于阶层介孔SiO₂纳米粒子自身的阶层介孔和彼此之间的孔隙，使涂有阶层介孔SiO₂纳米粒子的玻璃片的透光率能从90.4％提高到92.0％。

Description

透明的自清洁SiO2防雾涂层及其制备方法

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，特别涉及透明的自清洁SiO₂防雾涂层及其制备方法。

背景技术

自清洁玻璃(Self-cleaning glass)是指普通玻璃在经过特殊的物理或化学方法处理后，使其表面产生独特的物理化学特性，从而使玻璃无需通过传统的人工擦洗方法就可以达到清洁效果的玻璃。

玻璃的雾化是指湿气或蒸汽冷凝在玻璃制品表面形成微小水滴。而防雾玻璃(Anti-fogging glass)就是指普通玻璃在经过特殊处理之后，使表面具有超亲水特性，使由于雾化而形成的微小水滴迅速铺平，从而达到不影响镜面成像、能见度和玻璃的透光率的效果。

自清洁玻璃从制备方法上主要分为两大类：超亲水自清洁玻璃；超疏水自清洁玻璃。通常的制备方法是在玻璃制品表面添加一层无机涂层。

对于无机材料涂层的防雾玻璃而言，若该无机涂层为超疏水性物质，则类似荷叶效应，其对水的滚动角小，能使微小水滴聚集成大水珠。当集成的水珠达到一定尺寸时，会借助自身重力下滑，或通过外力如风吹、雨刷等方式被除去。在玻璃表面涂覆超疏水性物质的无机涂层的方法效果明显，但是时效性差：由于小水滴的聚集或吹干、蒸发都需要一段时间，水滴会留在玻璃制品上，如棱镜般地影响成像和能见度，而且目前该方法耐久性不理想，无法保证玻璃产品作为耐用消费品的长期使用寿命，从而无法保证真正意义上的自清洁效果。

若该无机涂层为超亲水性物质，则会使小水滴在玻璃表面上的接触角趋近于零度，当水接触到玻璃表面时，迅速在其表面铺展，形成均匀的水膜，表现出超亲水的性质，不会影响镜面成像，同时水层薄对透光率的影响也大为减小，通过均匀水膜的重力下落带走污渍，在玻璃表面涂覆超亲水性的无机涂层的方式可以去除大部分污渍。同时利用超亲水的原理，也可以防止小水滴的形成，达到防雾的效果。

国外在20世纪60年代就已经开始了玻璃自清洁和防雾研究，在基础研究方面，目前，世界上发达国家均有知名公司在专门从事自清洁玻璃的研究开发和制作，如英国Pilkington公司、日本TOTO公司、美国PPG公司、德国GEA公司、VTA公司、UIC公司等；在应用开发方面，日本率先展开开发、推广、应用TiO₂光催化自清洁玻璃，英国Pilkington公司、美国PPG公司等玻璃商也看好这一产品的开发、加工、生产及推广应用的大市场。英国Pilkington玻璃公司在开发应用TiO₂光催化自洁净玻璃方面已走在欧、美玻璃制造商的前列，并在2002年底之前把该产品推广到欧洲及其他国家(如美国)玻璃市场，进行公开批量销售，随后在北美、大洋洲的澳大利亚、亚洲的日本等地区及国家推出(陈利宾，建筑玻璃与工业玻璃2004，No.6，12～15)；美国W.L.Tonar等人研制的透明复合自清洁防雾玻璃(W.L.Tonar et al.ElectrochromicDevice Having A Self-cleaning Hydrophilic Coating.United States PatentApplication Publication US2001/00210066 A1，2001-09-13；K.Toru.VehicleMirror.United States Patent US5594585：1997-01-14；K.Toru.Anti-fog Element.US5854708：1998-12-29；K.Takahama et al.Method of Forming HydrophilicInorganic Coating Film And Inorganic Coating Composition.United States PatentApplication Publication US2001/008696A1，2001-07-13)，是在玻璃基材的表面形成具有催化作用的光催化剂透明涂层，再在光催化剂透明涂层的表面形成具有亲水性的透明多孔无机氧化物(SiO₂和Al₂O₃)薄膜。然而这些技术都利用了TiO₂光催化特性促使表面达到超亲水，适用条件会受到限制，因为需要有光照的环境才能进行催化作用；而且这种孔状结构表面虽可以提高亲水性，但很容易被难挥发的物质或者纳米尘埃堵住孔口，耐久性不理想。

国内的研究虽然起步较晚，但也取得了显著的进展，有关专利和技术成果有上百项，且不断有玻璃防雾剂产品推出。为了避免玻璃制品上形成微小水滴导致雾化，透明性降低，通常采用以下措施：(1)在玻璃表面喷上一层表面活性剂，以除去沉积在其上的水滴和尘埃；(2)在玻璃表面涂覆一层有机吸水防雾涂层；(3)安装加热装置，通过加热蒸发玻璃表面水滴；(4)安装超声波分散和加热装置，对玻璃表面水滴同时进行分散和加热，达到快速蒸发的目的。然而这些方法都有各自的局限性：方法(1)需定期反复喷刷表面活性剂而显得不便利；方法(2)由于使用有机物质导致玻璃制品耐磨性和耐热性不好；方法(3)中由于加热蒸发水滴通常需要7～10分钟，时效性差，且需要外加能量，能量消耗大，因而不实用；方法(4)的装置较复杂，元件多，成本高(刘付胜聪，李玉平全国性建材科技期刊-《玻璃》2002年第3期16～19)。中科纳米技术工程中心有限公司(简称中科纳米)的常温固化纳米自清洁玻璃技术取得显著进展，结合玻璃深加工工艺，完成大板面自清洁玻璃的制作，应用于国家大剧院和汽车展示厅玻璃等建设项目。中科纳米制备的自清洁玻璃，水在玻璃表面的接触角为6.5度，国外某著名公司制备的自清洁玻璃，水在玻璃表面的接触角为17度，可见，中科纳米制备的自清洁玻璃的亲水性远远好于国外某著名公司的产品(陈利宾，建筑玻璃与工业玻璃2004，No6，12～15)。不幸的是该技术要利用TiO₂的光催化特性来提高基质表面的亲水性，必须在有紫外光照射的环境中才表现出良好的亲水性能，在黑暗的环境中是很难达到这种效果的，而且也没有达到真正意义的超亲水(接触角小于5度)，因此限制了其适用范围。总的来说，目前的这些技术的自清洁和防雾效果以及耐久性还不理想。因此研制和开发具有长效防雾功能的涂层是当今防雾技术的发展方向，研究开发便利的、耐磨性和耐候性好且成本低的新型自清洁防雾玻璃是十分必要和有意义的。

本发明正是适应这一技术发展方向开发出的新技术。SiO₂表面容易产生-0H基团，因而具有良好的亲水性，同时SiO₂薄膜具有较低的反射率、光的透过率高、耐磨性能好等优点。本发明采用了阶层介孔SiO₂纳米粒子作为制备涂层的构筑模块，该阶层介孔SiO₂纳米粒子具有高的比表面(1050～1100m²/g)，高的孔体积(1～1.2cm³/g)和在粒子表面同时具有两种尺寸(2～5nm，5～30nm)的介孔的新颖结构。本发明的透明的自清洁SiO₂防雾涂层是通过层层吸附静电组装，采取浸涂方法制备的，所需仪器设备简单、廉价、可自动化，可以大面积制备，实现工业化。所述的由阶层介孔SiO₂纳米粒子组成的涂层表面具有阶层粗糙结构和阶层孔结构，使该涂层具有极好的超亲水性能，当水滴落在涂有该涂层的玻璃表面时，水珠迅速均匀铺平，即在很短的时间内水在涂有该涂层的玻璃表面的接触角达到0度。该涂层用于玻璃制品上，透光率最高可以达到92.0％，比原玻璃基板的90.4％有一定提高。该涂层经过简单的疏水化处理之后，具有了良好的疏水性能，当水滴落在涂层上之后，很容易滚走，并同时带走涂层上的灰尘等污染物，从而也达到了自清洁的效果。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种表面由阶层介孔SiO₂纳米粒子组成的，具有阶层粗糙结构和阶层孔结构的超亲水或疏水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层。

本发明的目的之二是提供一种阶层介孔SiO₂纳米粒子，该阶层介孔SiO₂纳米粒子具有高的比表面(1050～1100m²/g)和高的孔体积(1～1.2cm³/g)，且在阶层介孔SiO₂纳米粒子表面同时具有两种尺寸(2～5nm，5～30nm)的介孔结构。该阶层介孔SiO₂纳米粒子作为构筑模块可用于制备超亲水的自清洁SiO₂防雾涂层。

本发明的目的之三是提供阶层介孔SiO₂纳米粒子的制备方法。

本发明的目的之四是提供采用静电自组装方法，将阶层介孔SiO₂纳米粒子和聚电解质交替组装，从而提供制备方法工艺简单、原料廉价、成本低、适用范围广的超亲水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层或是疏水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层的制备方法。

本发明的透明的自清洁SiO₂防雾涂层是在玻璃表面形成的超亲水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层或是疏水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层；

其中：所述的超亲水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层是由阶层介孔SiO₂纳米粒子构成的，所述阶层介孔SiO₂纳米粒子构成的涂层表面具有阶层孔结构和阶层粗糙结构；所述的阶层介孔SiO₂纳米粒子的阶层介孔是在SiO₂纳米粒子的表面同时具有由无定形的二氧化硅骨架结构围绕而成的2～5nm的介孔，和由无定形的二氧化硅骨架结构围绕而成的5～30nm的介孔；构成涂层的所述的阶层介孔SiO₂纳米粒子与阶层介孔SiO₂纳米粒子之间具有30～200nm的孔隙，所述的30～200nm的孔隙与所述的2～5nm的介孔和所述的5～30nm的介孔共同构成了所述的阶层孔结构；所述的阶层粗糙结构包括由阶层介孔SiO₂纳米粒子表面的所述的2～5nm的介孔和所述的5～30nm的介孔形成的粗糙结构，和由所述的阶层介孔SiO₂纳米粒子与阶层介孔SiO₂纳米粒子之间具有30～200nm的孔隙形成的粗糙结构。

其中：所述的疏水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层，是对上述超亲水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层的表面进行疏水化处理后得到的。所述的疏水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层是在超亲水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层表面有一层厚度为单分子层厚度的低表面能物质，并且所述的疏水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层具有所述的超亲水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层表面具有的阶层孔结构和阶层粗糙结构。

所述的阶层介孔SiO₂纳米粒子具有1050～1100m²/g的比表面，1～1.2cm³/g的孔体积。

所述的阶层介孔SiO₂纳米粒子的粒径为150～250nm。

所述的超亲水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层的平均厚度是100～400nm。

所述的低表面能物质选自三氟丙基三甲氧基硅烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷、十七氟癸基三甲氧基硅烷、十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷、六氟丁基丙基三甲氧基硅烷等中的一种或几种。

所述的涂层采取浸涂方法把阶层介孔SiO₂纳米粒子与聚电解质通过静电组装的方法沉积到玻璃片上，最后经过煅烧制备出超亲水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层(如图8所示：部分波长范围内增透)。所需仪器设备简单、廉价，有望实现工业化。

所述的聚电解质是聚二烯丙基二甲基氯化铵和聚苯乙烯磺酸钠。

所述的阶层介孔SiO₂纳米粒子是表面同时具有由无定形的二氧化硅骨架结构围绕而成的2～5nm的介孔，和由无定形的二氧化硅骨架结构围绕而成的5～30nm的介孔的SiO₂纳米粒子；所述的阶层介孔SiO₂纳米粒子是以四乙氧基硅烷(TEOS)、氨水、水、无水乙醇、乙醚和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为原料，在室温条件下混合搅拌制备出来的，在协同自组装(反应)过程中，CTAB形成2～5nm的介孔，乙醚在反应过程中汽化形成5～30nm的介孔。

所述的阶层介孔SiO₂纳米粒子是由以下方法制备得到的：

(1)室温(一般是20～25摄氏度)下，将0.3～0.7克十六烷基三甲基溴化铵溶于50～100毫升蒸馏水中，搅拌(一般为10～30分钟)，形成均一溶液；

(2)分别将0.6～1毫升的氨水，5～25毫升的无水乙醇和10～30毫升的乙醚加入到步骤(1)得到的溶液中，在搅拌速度为600～1500转/分钟的磁力搅拌下搅拌(一般为2～10分钟)，形成透明无色乳液；

(3)将1.5～3毫升的四乙氧基硅烷加入到步骤(2)得到的透明无色乳液中，密封保持搅拌反应3～8小时；

(4)将步骤(3)得到的产物过滤，水洗，在温度为60～80摄氏度的烘箱中干燥；

(5)将步骤(4)得到的产物在温度为500～600摄氏度下煅烧2～6小时，得到表面同时具有由无定形的二氧化硅骨架结构围绕而成的2～5nm的介孔，和由无定形的二氧化硅骨架结构围绕而成的5～30nm的介孔的SiO₂纳米粒子，即为阶层介孔SiO₂纳米粒子；该阶层介孔SiO₂纳米粒子具有1050～1100m²/g的比表面，1～1.2cm³/g的孔体积；所述的阶层介孔SiO₂纳米粒子的粒径为150～250nm。将制备得到的阶层介孔SiO₂纳米粒子分散在水中，配制成质量百分含量为0.2～0.6％的悬浊液，用于构筑涂层的原料。

本发明的透明的自清洁SiO₂防雾涂层中的超亲水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层的制备方法包括以下步骤：

(1)将玻璃片浸入新配的Pirhana溶液(质量浓度约为98％的H₂SO₄溶液与质量浓度约为30％的H₂O₂溶液的混合液，其中，H₂SO₄溶液与H₂O₂溶液的体积比为7∶3)中，浸泡5～20分钟之后，取出用蒸馏水洗涤，用惰性气体(如氮气)吹干；

(2)将步骤(1)用惰性气体吹干后的玻璃片浸入到浓度为1～3mg/mL的聚二烯丙基二甲基氯化铵水溶液中2～10分钟后取出，在玻璃片表面沉积一层聚二烯丙基二甲基氯化铵涂层，用蒸馏水洗涤以除去物理吸附的聚二烯丙基二甲基氯化铵，用惰性气体(如氮气)吹干；然后再浸入到浓度为1～3mg/mL的聚苯乙烯磺酸钠溶液中2～10分钟，取出，用蒸馏水洗涤，用惰性气体(如氮气)吹干，在聚二烯丙基二甲基氯化铵涂层上又沉积一层聚苯乙烯磺酸钠涂层；重复上述沉积聚二烯丙基二甲基氯化铵涂层和聚苯乙烯磺酸钠涂层的工艺步骤，直至得到总共沉积有5～20层由聚二烯丙基二甲基氯化铵涂层与聚苯乙烯磺酸钠涂层构成的双层，然后再重复上述沉积聚二烯丙基二甲基氯化铵涂层的工艺步骤，得到在玻璃片上沉积的最后一层为聚二烯丙基二甲基氯化铵涂层的玻璃片；

(3)将阶层介孔SiO₂纳米粒子分散在水中，配制成质量百分含量为0.2～0.6％的悬浊液，将步骤(2)制备得到的最后一层为聚二烯丙基二甲基氯化铵涂层的玻璃片浸入到该悬浊液中2～10分钟，取出用蒸馏水洗涤，惰性气体(如氮气)吹干，从而在聚二烯丙基二甲基氯化铵涂层表面沉积一层阶层介孔SiO₂纳米粒子涂层，得到沉积有一个由聚二烯丙基二甲基氯化铵涂层与阶层介孔SiO₂纳米粒子涂层构成的双层；继续重复上述沉积聚二烯丙基二甲基氯化铵涂层和阶层介孔SiO₂纳米粒子涂层的步骤，可分别得到总共沉积有二个、三个和四个由聚二烯丙基二甲基氯化铵涂层与阶层介孔SiO₂纳米粒子涂层构成的双层(它们在玻璃片上沉积的最后一层都是阶层介孔SiO₂纳米粒子涂层)；

所述的阶层介孔SiO₂纳米粒子是表面同时具有由无定形的二氧化硅骨架结构围绕而成的2～5nm的介孔，和由无定形的二氧化硅骨架结构围绕而成的5～30nm的介孔的SiO₂纳米粒子；

(4)将步骤(3)制备得到的最外层为阶层介孔SiO₂纳米粒子涂层的玻璃片放入马弗炉中，在温度为500～600摄氏度烧结2～5小时，以除去聚二烯丙基二甲基氯化铵与聚苯乙烯磺酸钠，最终在玻璃片上分别获得沉积有一层、两层、三层和四层由阶层介孔SiO₂纳米粒子构成的涂层，这些涂层即是所述的超亲水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层，构成所述的超亲水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层的阶层介孔SiO₂纳米粒子与阶层介孔SiO₂纳米粒子之间具有30～200nm的孔隙；所述的阶层介孔SiO₂纳米粒子表面同时具有的由无定形的二氧化硅骨架结构围绕而成的2～5nm的介孔，和由无定形的二氧化硅骨架结构围绕而成的5～30nm的介孔与所述的30～200nm的孔隙共同构成了阶层孔结构；包括由阶层介孔SiO₂纳米粒子表面的所述的2～5nm的介孔和所述的5～30nm的介孔形成的粗糙结构，和由所述的阶层介孔SiO₂纳米粒子与阶层介孔SiO₂纳米粒子之间具有30～200nm的孔隙形成的粗糙结构共同构成了阶层粗糙结构。

所述的阶层介孔SiO₂纳米粒子具有1050～1100m²/g的比表面，1～1.2cm³/g的孔体积；所述的阶层介孔SiO₂纳米粒子的粒径为150～250nm。

本发明的透明的自清洁SiO₂防雾涂层中的疏水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层，是对上述超亲水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层的表面进行疏水化处理后得到的，其制备方法为：

将上述最终在玻璃片上分别获得沉积有一层、两层、三层和四层由阶层介孔SiO₂纳米粒子构成的超亲水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层的玻璃片放入密封的聚四氟乙烯容器中，并悬空于容器中的低表面能物质上方，然后在温度为100～150摄氏度下，利用简易化学气象沉积，在由阶层介孔SiO₂纳米粒子构成的超亲水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层表面反应生成一层单分子层厚度的低表面能物质，得到疏水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层，并且所述的疏水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层具有所述的超亲水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层表面具有的阶层孔结构和阶层粗糙结构。

所述的将玻璃片浸入到H₂SO₄与H₂O₂的混合液中的时间优选是5～20分钟。

本发明中所述的涂层是通过阶层介孔SiO₂纳米粒子表面带的负电荷与玻璃基片上沉积的聚电解质所带的正电荷的静电吸引自组装而形成，每一步完成都用蒸馏水彻底洗涤，用惰性气体(如氮气)吹干。

所述的玻璃是普通玻璃，包括玻璃窗户、玻璃幕墙、家庭浴室镜子、汽车挡风玻璃、汽车后视镜、汽车后景玻璃、汽车玻璃天窗、眼镜片等。

本发明以廉价且易取得的普通玻璃作为基质，再通过层层静电自组装沉积带电聚电解质和阶层介孔SiO₂纳米粒子，最终获得超亲水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层；由于阶层介孔SiO₂纳米粒子自身的阶层介孔和彼此之间的孔隙，使涂有阶层介孔SiO₂纳米粒子的玻璃片的透光率能从90.4％(原玻璃的透光率)提高到92.0％，对超亲水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层进行疏水化后，其涂层的透光率略有降低，但是仍然具有很好的透明性。

该无机涂层具有制备工艺简单、成本低、性能优越、耐久性能好、适用范围广等优点。

附图说明

图1.(a)本发明实施例1中制备的阶层介孔结构的SiO₂纳米粒子的扫描电镜图；(b)是相应的透射电子显微镜照片；(c)是更高放大倍率的透射电子显微镜照片；(d)是配制的阶层介孔结构的SiO₂纳米粒子的悬浊液的数码照片。

图2.(a)本发明实施例2的经过煅烧的沉积有一层阶层介孔结构的SiO₂纳米粒子涂层的玻璃片的扫描电镜图；(b)是相应的高放大倍率的扫描电镜图。

图3.(a)本发明实施例3的经过煅烧的沉积有两层阶层介孔结构的SiO₂纳米粒子涂层的玻璃片的扫描电镜图；(b)是相应的高放大倍率的扫描电镜图。

图4.(a)本发明实施例4的经过煅烧的沉积有三层阶层介孔结构的SiO₂纳米粒子涂层的玻璃片的扫描电镜图；(b)是相应的高放大倍率的扫描电镜图。

图5.(a)本发明实施例5的经过煅烧的沉积有四层阶层介孔结构的SiO₂纳米粒子涂层的玻璃片的扫描电镜图；(b)是相应的高放大倍率的扫描电镜图，(c)是相应涂层的横断面的扫描电镜图。

图6.3μL水滴分别在实施例2，3，4和5中制备的经过煅烧的沉积有一层、两层、三层和四层阶层介孔结构的SiO₂纳米粒子涂层表面的瞬间接触角随时间的变化以及铺展到0度所需的时间的曲线图。

图7.3μL水滴在实施例4中制备的经过煅烧的沉积有三层阶层介孔结构的SiO₂纳米粒子涂层表面上铺展成接触角大约为0°时的数码照片。

图8.空白玻璃和实施例2，3，4和5中制备的经过煅烧的分别沉积有一层、两层、三层和四层阶层介孔结构的SiO₂纳米粒子涂层的玻璃片的透光率曲线图。

图9.15μL水滴在实施例2，3，4和5中制备的经过疏水化处理的分别沉积有一层、两层、三层和四层阶层介孔结构的SiO₂纳米粒子涂层表面的稳定接触角的数码照片。

图10.15μL水滴在实施例3中制备的经过疏水化处理的沉积两层阶层介孔结构的SiO₂纳米粒子涂层表面滚动的动态的数码照片。

图11.两滴15μL水滴在实施例5中制备的经过疏水化处理的沉积四层阶层介孔结构的SiO₂纳米粒子涂层表面静止的普通照片。

图12.空白玻璃和实施例2，3，4和5中制备的经过疏水化处理的分别沉积有一层、两层、三层和四层阶层介孔结构的SiO₂纳米粒子涂层的玻璃片的透光率曲线图。

图13.在普通房间内，空白玻璃(右图)和实施例5经过疏水化处理的沉积有四层阶层介孔结构的SiO₂纳米粒子涂层的玻璃片(左图)显示透明性的普通照片。

具体实施方式

实施例1

阶层介孔SiO₂纳米粒子的制备：

(1)在20～25摄氏度下，将0.3～0.7克十六烷基三甲基溴化铵溶于50～100毫升蒸馏水(电导率18.2MΩ)中，搅拌10～30分钟，形成均一溶液；

(2)分别将0.6～1毫升的氨水(氨的质量百分含量为25％)，5～25毫升的无水乙醇和10～30毫升的乙醚加入到步骤(1)得到的溶液中，在600～1500转/分钟的磁力搅拌速度下，搅拌2～10分钟，10～30分钟形成透明无色乳液；

(3)将1.5～3毫升的四乙氧基硅烷(纯度不小于99.9％)加入到步骤(2)得到的透明无色乳液中，密封保持搅拌反应3～8小时；

(4)将步骤(3)反应得到的固体沉淀物过滤，水洗，在温度为60～80摄氏度的烘箱中干燥；

(5)将步骤(4)得到的产物在500～600摄氏度下煅烧2～6小时，得到阶层介孔SiO₂纳米粒子；该阶层介孔SiO₂纳米粒子具有1050～1100m²/g的比表面，1～1.2cm³/g的孔体积。将制备得到的阶层介孔SiO₂纳米粒子分散在水中，配制成质量百分含量为0.2～0.6％的悬浊液，用于构筑涂层的原料。

取少量煅烧后的样品重新分散在乙醇中，点样于扫描台和透射电镜的铜网上观察，之后用扫描电镜和透射电镜观察，如图1a和1b所示。

图1a和图1b分别是煅烧后的表面具有阶层介孔结构的SiO₂纳米粒子的扫描电子显微镜照片和透射电子显微镜照片。图1a表明，得到的阶层介孔SiO₂纳米粒子的粒径为150～250nm，阶层介孔SiO₂纳米粒子的表面具有由无定形的二氧化硅骨架结构围绕而成的5～30nm的介孔。图1b表明，阶层介孔SiO₂纳米粒子的内部颜色深浅不一，这是由于阶层介孔SiO₂纳米粒子不同部位薄厚不同造成的，从而也表明阶层介孔SiO₂纳米粒子的表面具有由无定形的二氧化硅骨架结构围绕而成的5～30nm的介孔。图1c表明，阶层介孔SiO₂纳米粒子的表面具有由无定形的二氧化硅骨架结构围绕而成的2～5nm的介孔。图1d表明，制备的阶层介孔SiO₂纳米粒子在水中具有很好的分散性。

实施例2

由一层阶层介孔SiO₂纳米粒子构成的表面具有粗糙结构的超亲水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层的制备：利用实施例1中配制好的质量百分含量为0.2～0.6％的阶层介孔结构的SiO₂纳米粒子悬浊液作为原料，其制备方法包括以下步骤：

(1)将玻璃片浸入新配的Pirhana溶液(质量浓度约为98％的H₂SO₄溶液与质量浓度约为30％的H₂O₂溶液的混合液，其中，H₂SO₄溶液与H₂O₂溶液的体积比为7∶3)中，浸泡5～20分钟之后，取出用蒸馏水洗涤，用氮气吹干；

(2)将步骤(1)用惰性气体吹干后的玻璃片浸入到浓度为1～3mg/mL的聚二烯丙基二甲基氯化铵水溶液中2～10分钟后取出，在玻璃片表面沉积一层聚二烯丙基二甲基氯化铵涂层，用蒸馏水洗涤以除去物理吸附的聚二烯丙基二甲基氯化铵，用氮气吹干；然后再浸入到浓度为1～3mg/mL的聚苯乙烯磺酸钠溶液中2～10分钟，取出，用蒸馏水洗涤，用氮气吹干，在聚二烯丙基二甲基氯化铵涂层上又沉积一层聚苯乙烯磺酸钠涂层；重复上述沉积聚二烯丙基二甲基氯化铵涂层和聚苯乙烯磺酸钠涂层的工艺步骤，直至得到总共沉积有5～20层由聚二烯丙基二甲基氯化铵涂层与聚苯乙烯磺酸钠涂层构成的双层，然后再重复上述沉积聚二烯丙基二甲基氯化铵涂层的工艺步骤，得到在玻璃片上沉积的最后一层为聚二烯丙基二甲基氯化铵涂层的玻璃片；

(3)将步骤(2)制备得到的最后一层为聚二烯丙基二甲基氯化铵涂层的玻璃片浸入到实施例1中配制好的质量百分含量为0.2～0.6％的阶层介孔SiO₂纳米粒子悬浊液中2～10分钟，取出用蒸馏水洗涤，氮气吹干，从而在聚二烯丙基二甲基氯化铵涂层表面沉积一层阶层介孔结构的SiO₂纳米粒子涂层。

(4)将步骤(3)制备的沉积有一层阶层介孔SiO₂纳米粒子涂层的玻璃片放入马弗炉中，在温度为500～600摄氏度烧结2～5小时，以除去聚电解质聚二烯丙基二甲基氯化铵与聚苯乙烯磺酸钠，得到由一层阶层介孔SiO₂纳米粒子构成的超亲水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层，该涂层的表面形貌的扫描电镜图如图2所示，3μL水滴测量的瞬间接触角随时间的变化曲线如图6中“-■-”曲线所示，透光率如图8中箭头所指示“一层涂层”的曲线所示。

该超亲水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层的阶层介孔SiO₂纳米粒子与阶层介孔SiO₂纳米粒子之间具有30～200nm的孔隙；所述的阶层介孔SiO₂纳米粒子表面同时具有的由无定形的二氧化硅骨架结构围绕而成的2～5nm的介孔，和由无定形的二氧化硅骨架结构围绕而成的5～30nm的介孔与所述的30～200nm的孔隙共同构成了阶层孔结构；包括由阶层介孔SiO₂纳米粒子表面的所述的2～5nm的介孔和所述的5～30nm的介孔形成的粗糙结构，和由所述的阶层介孔SiO₂纳米粒子与阶层介孔SiO₂纳米粒子之间具有30～200nm的孔隙形成的粗糙结构共同构成了阶层粗糙结构。

(5)将步骤(4)制备的经过煅烧的沉积有一层阶层介孔SiO₂纳米粒子的超亲水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层的玻璃片放入密封的聚四氟乙烯容器中，并悬空于容器中的十三氟辛基三甲氧基硅烷上方，然后在温度为100～150摄氏度下，利用简易化学气象沉积，在由阶层介孔SiO₂纳米粒子构成的超亲水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层表面反应生成一层单分子层厚度的十三氟辛基三甲氧基硅烷，最终得到沉积有一层阶层介孔SiO₂纳米粒子的疏水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层，经过对超亲水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层进行疏水化处理后得到的疏水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层，其疏水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层的表面形貌与超亲水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层的表面形貌几乎没有变化，15μL水滴在该疏水涂层上的稳定接触角是128.3°(如图9a中所示)，15μL水滴在该疏水涂层上的滚动角大于30°，透光率如图12中箭头所指示“一层疏水涂层”的曲线所示。

实施例3

由两层阶层介孔SiO₂纳米粒子构成的表面具有粗糙结构的超亲水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层的制备：利用实施例1中配制好的质量百分含量为0.2～0.6％的阶层介孔结构的SiO₂纳米粒子悬浊液作为原料，其制备方法包括以下步骤：

(3)将步骤(2)制备得到的最后一层为聚二烯丙基二甲基氯化铵涂层的玻璃片浸入到实施例1中配制好的质量百分含量为0.2～0.6％的阶层介孔SiO₂纳米粒子悬浊液中2～10分钟，取出用蒸馏水洗涤，氮气吹干，从而在聚二烯丙基二甲基氯化铵涂层表面沉积一层阶层介孔结构的SiO₂纳米粒子涂层，继续重复上述沉积聚二烯丙基二甲基氯化铵涂层和阶层介孔SiO₂纳米粒子涂层的步骤，直至在步骤(2)得到的最后一层为聚二烯丙基二甲基氯化铵涂层的玻璃片上，得到总共沉积有两个由聚二烯丙基二甲基氯化铵涂层与阶层介孔SiO₂纳米粒子涂层构成的双层，且最后一层是阶层介孔SiO₂纳米粒子涂层。

(4)将步骤(3)制备的沉积有一层阶层介孔SiO₂纳米粒子涂层的玻璃片放入马弗炉中，在温度为500～600摄氏度烧结2～5小时，以除去聚电解质聚二烯丙基二甲基氯化铵与聚苯乙烯磺酸钠，得到由两层阶层介孔SiO₂纳米粒子构成的超亲水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层，该涂层的表面形貌的扫描电镜图如图3所示，3μL水滴测量的瞬间接触角随时间的变化曲线如图6中“-●-”曲线所示，透光率如图8中箭头所指示“两层涂层”的曲线所示。

(5)将步骤(4)制备的经过煅烧的沉积有两层阶层介孔SiO₂纳米粒子的超亲水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层的玻璃片放入密封的聚四氟乙烯容器中，并悬空于容器中的十三氟辛基三甲氧基硅烷上方，然后在温度为100～150摄氏度下，利用简易化学气象沉积，在由阶层介孔SiO₂纳米粒子构成的超亲水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层表面反应生成一层单分子层厚度的十三氟辛基三甲氧基硅烷，最终得到沉积有两层阶层介孔SiO₂纳米粒子的疏水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层，经过对超亲水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层进行疏水化处理后得到的疏水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层，其疏水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层的表面形貌与超亲水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层的表面形貌几乎没有变化，15μL水滴在该疏水涂层上的稳定接触角是141.6°(如图9b中所示)，15μL水滴在该疏水涂层上的滚动角小于1°，15μL水滴在该疏水涂层表面很容易和很快速地滚走(图10从左至右所示)。透光率如图12中箭头所指示“两层疏水涂层”的曲线所示。

实施例4

由三层阶层介孔SiO₂纳米粒子构成的表面具有粗糙结构的超亲水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层的制备：利用实施例1中配制好的质量百分含量为0.2～0.6％的阶层介孔结构的SiO₂纳米粒子悬浊液作为原料，其制备方法包括以下步骤：

(3)将步骤(2)制备得到的最后一层为聚二烯丙基二甲基氯化铵涂层的玻璃片浸入到实施例1中配制好的质量百分含量为0.2～0.6％的阶层介孔SiO₂纳米粒子悬浊液中2～10分钟，取出用蒸馏水洗涤，氮气吹干，从而在聚二烯丙基二甲基氯化铵涂层表面沉积一层阶层介孔结构的SiO₂纳米粒子涂层，继续重复上述沉积聚二烯丙基二甲基氯化铵涂层和阶层介孔SiO₂纳米粒子涂层的步骤，直至在步骤(2)得到的最后一层为聚二烯丙基二甲基氯化铵涂层的玻璃片上，得到总共沉积有三个由聚二烯丙基二甲基氯化铵涂层与阶层介孔SiO₂纳米粒子涂层构成的双层，且最后一层是阶层介孔SiO₂纳米粒子涂层。

(4)将步骤(3)制备的沉积有三层阶层介孔SiO₂纳米粒子涂层的玻璃片放入马弗炉中，在温度为500～600摄氏度烧结2～5小时，以除去聚电解质聚二烯丙基二甲基氯化铵与聚苯乙烯磺酸钠，得到由三层阶层介孔SiO₂纳米粒子构成的超亲水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层，该涂层的表面形貌的扫描电镜图如图4所示，3μL水滴测量的瞬间接触角随时间的变化曲线如图6中“-▲-”曲线所示，该曲线指出：在700ms处，3μL水滴在制备的涂层上铺展成接触角大约为0°(图7所示)，透光率如图8中箭头所指示“三层涂层”的曲线所示。

(5)将步骤(4)制备的经过煅烧的沉积有三层阶层介孔SiO₂纳米粒子的超亲水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层的玻璃片放入密封的聚四氟乙烯容器中，并悬空于容器中的十三氟辛基三甲氧基硅烷上方，然后在温度为100～150摄氏度下，利用简易化学气象沉积，在由阶层介孔SiO₂纳米粒子构成的超亲水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层表面反应生成一层单分子层厚度的十三氟辛基三甲氧基硅烷，最终得到沉积有三层阶层介孔SiO₂纳米粒子的疏水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层，经过对超亲水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层进行疏水化处理后得到的疏水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层，其疏水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层的表面形貌与超亲水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层的表面形貌几乎没有变化，15μL水滴在该疏水涂层上的稳定接触角是143.6°(如图9c中所示)，15μL水滴在该疏水涂层上的滚动角小于1°，15μL水滴在该疏水涂层表面很容易和很快速地滚走，透光率如图12中箭头所指示“三层疏水涂层”的曲线所示。

实施例5

由四层阶层介孔SiO₂纳米粒子构成的表面具有粗糙结构的超亲水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层的制备：利用实施例1中配制好的质量百分含量为0.2～0.6％的阶层介孔结构的SiO₂纳米粒子悬浊液作为原料，其制备方法包括以下步骤：

(2)将步骤(1)用氮气吹干后的玻璃片浸入到浓度为1～3mg/mL的聚二烯丙基二甲基氯化铵水溶液中2～10分钟后取出，在玻璃片表面沉积一层聚二烯丙基二甲基氯化铵涂层，用蒸馏水洗涤以除去物理吸附的聚二烯丙基二甲基氯化铵，用氮气吹干；然后再浸入到浓度为1～3mg/mL的聚苯乙烯磺酸钠溶液中2～10分钟，取出，用蒸馏水洗涤，用氮气吹干，在聚二烯丙基二甲基氯化铵涂层上又沉积一层聚苯乙烯磺酸钠涂层；重复上述沉积聚二烯丙基二甲基氯化铵涂层和聚苯乙烯磺酸钠涂层的工艺步骤，直至得到总共沉积有5～20层由聚二烯丙基二甲基氯化铵涂层与聚苯乙烯磺酸钠涂层构成的双层，然后再重复上述沉积聚二烯丙基二甲基氯化铵涂层的工艺步骤，得到在玻璃片上沉积的最后一层为聚二烯丙基二甲基氯化铵涂层的玻璃片；

(3)将步骤(2)制备得到的最后一层为聚二烯丙基二甲基氯化铵涂层的玻璃片浸入到实施例1中配制好的质量百分含量为0.2～0.6％的阶层介孔SiO₂纳米粒子悬浊液中2～10分钟，取出用蒸馏水洗涤，氮气吹干，从而在聚二烯丙基二甲基氯化铵涂层表面沉积一层阶层介孔结构的SiO₂纳米粒子涂层，继续重复上述沉积聚二烯丙基二甲基氯化铵涂层和阶层介孔SiO₂纳米粒子涂层的步骤，直至在步骤(2)得到的最后一层为聚二烯丙基二甲基氯化铵涂层的玻璃片上，得到总共沉积有四个由聚二烯丙基二甲基氯化铵涂层与阶层介孔SiO₂纳米粒子涂层构成的双层，且最后一层是阶层介孔SiO₂纳米粒子涂层。

(4)将步骤(3)制备的沉积有四层阶层介孔SiO₂纳米粒子涂层的玻璃片放入马弗炉中，在温度为500～600摄氏度烧结2～5小时，以除去聚电解质聚二烯丙基二甲基氯化铵与聚苯乙烯磺酸钠，得到由四层阶层介孔SiO₂纳米粒子构成的超亲水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层，该涂层的表面形貌的扫描电镜图如图5所示，该涂层的横断面图(图5c)显示涂层的厚度达到400nm，3μL水滴测量的瞬间接触角随时间的变化曲线如图6中

曲线所示，透光率如图8中箭头所指示“四层涂层”的曲线所示。

(5)将步骤(4)制备的经过煅烧的沉积有四层阶层介孔SiO₂纳米粒子的超亲水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层的玻璃片放入密封的聚四氟乙烯容器中，并悬空于容器中的十三氟辛基三甲氧基硅烷上方，然后在温度为100～150摄氏度下，利用简易化学气象沉积，在由阶层介孔SiO₂纳米粒子构成的超亲水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层表面反应生成一层单分子层厚度的十三氟辛基三甲氧基硅烷，最终得到沉积有四层阶层介孔SiO₂纳米粒子的疏水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层，经过对超亲水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层进行疏水化处理后得到的疏水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层，其疏水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层的表面形貌与超亲水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层的表面形貌几乎没有变化，15μL水滴在该疏水涂层上的稳定接触角是145.6°(如图9d中所示)，图11显示两滴15μL水滴在制备的经过疏水化处理的沉积四层阶层介孔结构的SiO₂纳米粒子疏水涂层表面静止的普通照片，这两个水滴都很圆，表明该疏水涂层表面具有很好的疏水性。15μL水滴在该疏水涂层上的滚动角小于1°，15μL水滴在该疏水涂层表面很容易和很快速地滚走，该疏水涂层的透光率如图12中箭头所指示“四层疏水涂层”的曲线所示，尽管该疏水涂层的透过率曲线相对于图中其它疏水涂层的透过率曲线都要低，即透过率最差，且和空白玻璃相比，透明性确实有些降低(如图13所示)，但是该疏水涂层地下的字仍然清晰可见。

Claims

1.一种透明的自清洁SiO₂防雾涂层，其是在玻璃表面形成的超亲水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层；其特征是：

所述的超亲水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层是由阶层介孔SiO₂纳米粒子构成的，所述阶层介孔SiO₂纳米粒子构成的涂层表面具有阶层孔结构和阶层粗糙结构；所述的阶层介孔SiO₂纳米粒子的阶层介孔是在SiO₂纳米粒子的表面同时具有由无定形的二氧化硅骨架结构围绕而成的2～5nm的介孔，和由无定形的二氧化硅骨架结构围绕而成的5～30nm的介孔；构成涂层的所述的阶层介孔SiO₂纳米粒子与阶层介孔SiO₂纳米粒子之间具有30～200nm的孔隙，所述的30～200nm的孔隙与所述的2～5nm的介孔和所述的5～30nm的介孔共同构成了所述的阶层孔结构；所述的阶层粗糙结构包括由阶层介孔SiO₂纳米粒子表面的所述的2～5nm的介孔和所述的5～30nm的介孔形成的粗糙结构，和由所述的阶层介孔SiO₂纳米粒子与阶层介孔SiO₂纳米粒子之间具有30～200nm的孔隙形成的粗糙结构。

2.根据权利要求1所述的透明的自清洁SiO₂防雾涂层，其特征是：所述的超亲水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层表面有一层厚度为单分子层厚度的低表面能物质，由此得到疏水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层，并且所述的疏水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层具有所述的超亲水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层表面具有的阶层孔结构和阶层粗糙结构；

所述的低表面能物质选自三氟丙基三甲氧基硅烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷、十七氟癸基三甲氧基硅烷、十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷、六氟丁基丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种。

3.根据权利要求1或2所述的透明的自清洁SiO₂防雾涂层，其特征是：所述的超亲水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层的平均厚度是100～400nm。

4.根据权利要求1或2所述的透明的自清洁SiO₂防雾涂层，其特征是：所述的阶层介孔SiO₂纳米粒子是由以下方法制备得到的：

(1)室温下，将0.3～0.7克十六烷基三甲基溴化铵溶于50～100毫升蒸馏水中，搅拌，形成均一溶液；

(2)分别将0.6～1毫升的氨水，5～25毫升的无水乙醇和10～30毫升的乙醚加入到步骤(1)得到的溶液中，在搅拌速度为600～1500转/分钟的磁力搅拌下搅拌，形成透明无色乳液；

(5)将步骤(4)得到的产物在温度为500～600摄氏度下煅烧2～6小时，得到表面同时具有由无定形的二氧化硅骨架结构围绕而成的2～5nm的介孔，和由无定形的二氧化硅骨架结构围绕而成的5～30nm的介孔的SiO₂纳米粒子。

5.根据权利要求4所述的透明的自清洁SiO₂防雾涂层，其特征是：所述的阶层介孔SiO₂纳米粒子具有1050～1100m²/g的比表面，1～1.2cm³/g的孔体积。

6.根据权利要求5所述的透明的自清洁SiO₂防雾涂层，其特征是：所述的阶层介孔SiO₂纳米粒子的粒径为150～250nm。

7.一种根据权利要求1所述的透明的自清洁SiO₂防雾涂层的制备方法，其特征是，所述的方法包括以下步骤：

(1)将玻璃片浸入新配的质量浓度为98％的H₂SO₄溶液与质量浓度为30％的H₂O₂溶液的混合液中，其中，H₂SO₄溶液与H₂O₂溶液的体积比为7∶3，浸泡5～20分钟之后，取出用蒸馏水洗涤，用惰性气体吹干；

(2)将步骤(1)用惰性气体吹干后的玻璃片浸入到浓度为1～3mg/mL的聚二烯丙基二甲基氯化铵水溶液中2～10分钟后取出，在玻璃片表面沉积一层聚二烯丙基二甲基氯化铵涂层，用蒸馏水洗涤以除去物理吸附的聚二烯丙基二甲基氯化铵，用惰性气体吹干；然后再浸入到浓度为1～3mg/mL的聚苯乙烯磺酸钠溶液中2～10分钟，取出，用蒸馏水洗涤，用惰性气体吹干，在聚二烯丙基二甲基氯化铵涂层上又沉积一层聚苯乙烯磺酸钠涂层；重复上述沉积聚二烯丙基二甲基氯化铵涂层和聚苯乙烯磺酸钠涂层的工艺步骤，直至得到总共沉积有5～20层由聚二烯丙基二甲基氯化铵涂层与聚苯乙烯磺酸钠涂层构成的双层，然后再重复上述沉积聚二烯丙基二甲基氯化铵涂层的工艺步骤，得到在玻璃片上沉积的最后一层为聚二烯丙基二甲基氯化铵涂层的玻璃片；

(3)将阶层介孔SiO₂纳米粒子分散在水中，配制成质量百分含量为0.2～0.6％的悬浊液，将步骤(2)制备得到的最后一层为聚二烯丙基二甲基氯化铵涂层的玻璃片浸入到该悬浊液中2～10分钟，取出用蒸馏水洗涤，惰性气体吹干，从而在聚二烯丙基二甲基氯化铵涂层表面沉积一层阶层介孔SiO₂纳米粒子涂层，得到沉积有一个由聚二烯丙基二甲基氯化铵涂层与阶层介孔SiO₂纳米粒子涂层构成的双层；继续重复上述沉积聚二烯丙基二甲基氯化铵涂层和阶层介孔SiO₂纳米粒子涂层的步骤，分别得到总共沉积有二个、三个和四个由聚二烯丙基二甲基氯化铵涂层与阶层介孔SiO₂纳米粒子涂层构成的双层；

所述的阶层介孔SiO₂纳米粒子是表面同时具有由无定形的二氧化硅骨架结构围绕而成的2～5nm的介孔，和由无定形的二氧化硅骨架结构围绕而成的 5～30nm的介孔的SiO₂纳米粒子；

(4)将步骤(3)制备得到的最外层为阶层介孔SiO₂纳米粒子涂层的玻璃片放入马弗炉中，在温度为500～600摄氏度烧结2～5小时，以除去聚二烯丙基二甲基氯化铵与聚苯乙烯磺酸钠，最终在玻璃片上分别获得沉积有一层、二层、三层和四层由阶层介孔SiO₂纳米粒子构成的所述的超亲水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层，构成所述的超亲水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层的阶层介孔SiO₂纳米粒子与阶层介孔SiO₂纳米粒子之间具有30～200nm的孔隙；所述的阶层介孔SiO₂纳米粒子表面同时具有的由无定形的二氧化硅骨架结构围绕而成的2～5nm的介孔，和由无定形的二氧化硅骨架结构围绕而成的5～30nm的介孔与所述的30～200nm的孔隙共同构成了阶层孔结构；包括由阶层介孔SiO₂纳米粒子表面的所述的2～5nm的介孔和所述的5～30nm的介孔形成的粗糙结构，和由所述的阶层介孔SiO₂纳米粒子与阶层介孔SiO₂纳米粒子之间具有30～200nm的孔隙形成的粗糙结构共同构成了阶层粗糙结构。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征是：将在玻璃片上分别获得沉积有一层、二层、三层和四层由阶层介孔SiO₂纳米粒子构成的超亲水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层的玻璃片放入密封的聚四氟乙烯容器中，并悬空于容器中的低表面能物质上方，然后在温度为100～150摄氏度下，利用化学气象沉积，在由阶层介孔SiO₂纳米粒子构成的超亲水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层表面反应生成一层单分子层厚度的低表面能物质，得到疏水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层，并且所述的疏水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层具有所述的超亲水且透明的自清洁SiO₂防雾涂层表面具有的阶层孔结构和阶层粗糙结构；

9.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征是：所述的阶层介孔SiO₂纳米粒子具有1050～1100m²/g的比表面，1～1.2cm³/g的孔体积；

所述的阶层介孔SiO₂纳米粒子的粒径为150～250nm。