CN104945962A

CN104945962A - 金属氧化物保护膜及其制备方法

Info

Publication number: CN104945962A
Application number: CN201510242225.2A
Authority: CN
Inventors: 王东平; 方汉铿
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2015-05-13
Filing date: 2015-05-13
Publication date: 2015-09-30

Abstract

一种金属氧化物保护薄膜的制备方法，通过将金属氧化物材料的前驱体配置成溶胶，将溶胶均匀覆盖在衬底表面，再经过退火处理使溶胶分解并在衬底表面形成金属氧化物薄膜层，使衬底表面具有优化的防刮和耐磨性能。本发明可显著改善衬底表面的防刮和耐磨性能。

Description

金属氧化物保护膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及的是一种应用于玻璃、塑料或金属等板材的防刮伤保护膜，尤其涉及一种超薄防刮耐磨金属氧化物保护膜的制备方法。将金属氧化物的前驱物配置成溶胶，然后将溶胶通过旋涂或提拉等方法均匀覆盖在衬底表面，再通过UV退火或热退火等方法使前驱物分解形成所需要的薄膜。

背景技术

玻璃和塑料的防刮性能和耐摩性能一直是人们所追求的，如手机屏幕、眼镜片、CD光盘等，现在采取的防护措施主要有两种，一种是在表面贴一层防护膜(如手机贴膜、电脑屏幕膜)，另一种是在表面覆盖一层有机聚合物硬化涂层，这两种方式在一定程度上提高了衬底的防刮和耐磨性能，但是面对生活中常见的沙子、金属钥匙等物品时，总会留下或多或少、或浅或深的划痕，这是因为手机屏幕、眼镜片等玻璃的硬度一般与不锈钢刀、钥匙的硬度差不多，都低于沙子(SiO₂)的硬度，而普通手机贴膜的硬度一般都低于不锈钢刀和钥匙的硬度，其莫氏硬度如蓝宝石(氧化铝)为9，锆石(氧化锆)为8，金红石(二氧化钛)为7～7.5，石英玻璃(二氧化硅)为7，离子交换玻璃为6.5，普通玻璃为5～6，不锈钢刀、钥匙为5～6，普通手机贴膜为3～5。

由此可见，离子交换玻璃可以抵御不锈钢刀和钥匙刮伤，但却不能阻止细小砂粒在其表面留下划痕，蓝宝石玻璃的莫氏硬度达到了9，高于生活中常见的大多数物品，有极好的防刮和耐磨性能，但其成本也高出石英玻璃和离子交换玻璃很多。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN102066464A，公开(公告)日2011.05.18，公开了一种在基底上提供硬涂层的方法，该方法利用双重固化硅烷水解以及硅烷醇基团的一部分与二氧化硅缩合，以提供流体涂覆组合物，并将其施用至基底。然后通过UV辐射使涂层硬化，再加热基底以热固化硬涂层，从而提供完全固化的硬并且耐磨损的硬涂层。要经过UV退火和热退火两次退火过程，工艺相对复杂。该技术制备的硬涂层中含有5μm到150μm的SiO₂颗粒，薄膜的表面粗糙度较大。该涂层的主体材料为有机聚合物，虽然在其中添加了SiO₂颗粒，但其耐磨性能和防刮性能仍然有限。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种金属氧化物保护膜及其制备方法，将高硬度金属氧化物材料(如氧化铝、氧化锆、氧化钛等)的前驱体配置成溶胶，通过旋涂或提拉等方法将溶胶均匀覆盖在衬底表面，采用UV退火或加热退火的方法使前驱物分解，并在衬底表面形成一层高硬度金属氧化物薄膜，使衬底表面具有良好的防刮和耐磨性能，衬底材料可以是玻璃，也可以是柔性塑料基板或金属板材。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种金属氧化物保护膜制备方法，包括：

1)配制前驱体溶胶：前驱体溶胶中的前驱体根据所需薄膜的材料来选择，包括但不限于金属氢氧化物、氯化物、氧氯化物、醋酸盐、碳酸盐、碳酸氢盐、醇盐等，在配制前驱体溶胶时，除了必要的前驱物材料外，还可以根据具体情况和需要添加催化剂、感光剂、稳定剂等材料。

2)将前驱体溶胶覆盖在衬底表面，覆盖方法可以用旋涂法、提拉法、喷涂法等。通过控制旋涂转速和旋涂时间、提拉时间、喷涂速度及时间可以方便控制成膜的厚度。

3)退火使前驱物分解：退火方法和退火时间需根据衬底和前驱物的分解条件来选择，可以采用UV照射退火的方法，或加热分解的方法，也可以将两种退火方式相结合。

附图说明

图1为氧化锆薄膜表面的AFM图像；

图2为氧化锆薄膜表面的3D立体图像；

图3为普通离子交换玻璃划痕深度示意图；

图4为表面覆盖了高硬度氧化锆薄膜的离子交换玻璃划痕深度示意图；

图中：纵坐标单位是埃。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

以高硬度氧化锆保护薄膜和离子交换玻璃为例，本实施例包括以下步骤：

1)配制氧化锆的前驱体溶液，溶液包括：100～500mg乙酰丙酮锆、1～5mL二甲基酰胺、1～5mL乙醇胺、0.1～1mL油酸。

将前驱体溶液充分搅拌，优选在50～80℃环境下搅拌1～3小时。

2)通过旋涂法使溶胶均匀覆盖在离子交换玻璃表面；

所述的涂覆优选但不限于采用旋转涂覆方式实现，旋涂速度为1000～3000rpm，旋涂时间：30～60秒。

3)通过UV退火和热退火结合的方法使前驱物分解形成高硬度氧化锆薄膜，UV退火的波长为200～400nm，光功率密度30～300mW/cm²，照射时间60～120分钟，同时加热温度为100℃环境～150℃环境。

本实施例通过上述方法制备得到的高硬度氧化锆保护薄膜，薄膜的厚度为30～50nm，薄膜的表面情况如图1和图2所示，表面粗糙度Ra为0.6～0.8。

用钨钢笔(莫氏硬度8)以同样的角度和力度在普通离子交换玻璃和表面覆盖了高硬度氧化锆保护薄膜的离子交换玻璃表面进行划伤测试，测试结果如图3和图4所示。

对比图3可见，本实施例制备得到的薄膜检测数据(图4)，钨钢笔在普通离子交换玻璃表面留下的划痕深度为5μm左右，而在覆盖了高硬度氧化锆薄膜的离子交换玻璃表面留下的划痕深度只有0.5μm左右，深度减小了十倍，因此在一定程度上提高了离子交换玻璃表面的防刮和耐磨性能。

推而广之，本实施例可以在衬底表面形成一层高硬度金属氧化物薄膜，进而可以改善衬底表面的防刮和耐磨性能。

Claims

1.一种金属氧化物保护薄膜的制备方法，其特征在于，将金属氧化物材料的前驱体配置成溶胶，将溶胶均匀覆盖在衬底表面，再经过退火处理使溶胶分解并在衬底表面形成金属氧化物薄膜层，使衬底表面具有优化的防刮和耐磨性能。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的前驱体溶液包括：100～500mg乙酰丙酮锆、1～5mL二甲基酰胺、1～5mL乙醇胺、0.1～1mL油酸。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的配置是指：将前驱体溶液在50～80℃环境下搅拌1～3小时。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的涂覆采用旋转涂覆方式实现，旋涂速度为1000～3000rpm，旋涂时间：30～60秒。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的退火处理是指：UV退火和热退火结合的处理。

6.根据权利要求1或5所述的方法，其特征是，所述的退火处理中：UV退火的波长为200～400nm，光功率密度30～300mW/cm²，照射时间60～120分钟，同时加热温度为100℃环境～150℃环境。

7.一种根据上述任一权利要求所述方法制备得到的高硬度金属氧化物薄膜，其特征在于，该薄膜厚度为30～50nm，表面粗糙度Ra为0.6～0.8。