CN111057998B - 一种超亲水防雾涂层及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超亲水防雾涂层及其制备方法与应用。所述涂层由具有光催化活性的TiO2和掺杂元素组成，其中，所述掺杂元素包括金属元素和/或非金属元素。本发明通过对具有光催化性质的TiO2进行金属和/或非金属掺杂降低其禁带宽度从而实现可见光致超亲水防雾；本发明提供的元素掺杂的TiO2超亲水防雾涂层具有结合力好、高透明、防雾时效长、防雾效果好等优点，所获涂层表面与水的接触角均低于5°，放置3个月后超亲水性仍然良好，并且涂层与直径为10mm的包裹有无尘布的对磨销在载荷为1kg，行程5mm的摩擦条件下摩擦500次后与水的接触角仍小于10°，透光率为85‑92％，同时制备方法简单易行，可控性高，成本低廉，可批量生产，在透明基材防雾领域具有良好的应用前景。

Description

一种超亲水防雾涂层及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于表面防雾领域，具体涉及一种超亲水防雾涂层及其制备方法与应用。
背景技术
透明材料(如玻璃，塑料)在工农业生产和口常生活以及军事领域中有着广泛的用途，例如护目镜、激光防护镜、望远镜及各种摄像设备的镜头、各种机械的观察窗、运动潜水镜、浴室玻璃、化学或生物防护面具、车辆挡风玻璃及后视镜、排爆处理防护设备、头盔、太阳能电池板、测量仪器的观察窗、玻璃罩、温室的玻璃墙等等。然而，在冬天哈气时眼镜会让我们“雾里看花”；在寒冷的冬天由于挡风玻璃表面结雾会大大影响我们的能见度，甚至造成事故。雾化问题给人们的工作和生活带来诸多不便，防雾技术与防雾材料的研究与开发倍受科学界和企业界的关注。
表面润湿性是固体表面重要的物化性质，通过液体的静态或动态接触角来衡量的。所谓超亲水是指当水滴与固体表面的接触角小于5°，具有超亲水性的表面可使水蒸气在基材表面凝聚时会高度铺展，形成均匀的水膜，消除光线的漫反射，从而达到防雾效果。亲水性防雾方法主要分为制备表面活性剂防雾剂、无机溶胶涂料、高分子亲水性防雾涂料、高分子/无机杂化亲水性防雾涂料、光催化超亲水表面以及构筑粗糙结构或多孔结构的超亲水防雾表面等。目前的亲水性防雾涂层存在着结合力不佳，高分子涂料容易溶胀的问题，因此开发一种与基底结合力优异的无机亲水防雾涂层至关重要。
二氧化钛薄膜在紫外光照射下具有超亲水性，将该薄膜涂覆在玻璃、陶瓷、聚合物和金属表面，空气中的水分或水蒸气凝结，冷凝水将会形成水膜均匀的铺展在表面上，即使雨水淋在上面，在表面附着的雨水也会迅速扩散成均匀的水膜，使薄膜表面维持高度的透明性，具有很好的防雾效果。但是这种超亲水防雾效果只能维持数小时到一周左右的时间，失去紫外光照射后又重新回到疏水状态，需要频繁使用紫外光照维持其亲水性使二氧化钛涂层的应用受到了极大限制，因此开发一种可见光下就能保持超亲水防雾效果的无机涂层显得尤为重要。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种超亲水防雾涂层及其制备方法与应用，以克服现有技术的不足。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明实施例提供了一种超亲水防雾涂层，其包括：具有光催化活性的TiO2和掺杂元素组成，其中，所述掺杂元素包括金属元素、非金属元素中的任意一种或两种的组合。
进一步的，所述掺杂元素包括N、C、S、F、Fe、Cr、Ni、Cu中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。
进一步的，所述超亲水防雾涂层表面与水的接触角小于5°，透光率为85-92％。
本发明实施例还提供了一种超亲水防雾涂层的制备方法，其包括：至少采用物理气相沉积法、溶胶-凝胶法、等离子增强化学气相沉积法中的任一者对具有光催化活性的TiO2进行元素掺杂，从而在基底上沉积形成超亲水防雾涂层。
本发明实施例还提供了由前述方法制备的超亲水防雾涂层。
本发明实施例还提供了前述的超亲水防雾涂层于透明基材防雾领域中的用途。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明是通过对具有光催化性质的TiO2进行金属和/或非金属掺杂降低其禁带宽度从而实现可见光致超亲水防雾；本发明提供的元素掺杂的TiO2超亲水防雾涂层具有结合力好、高透明、防雾时效长、防雾效果好等优点，所获涂层表面与水的接触角均低于5°，放置3个月后超亲水性仍然保持良好，并且涂层与直径为10mm的包裹有无尘布的对磨销在载荷为1kg，行程5mm的摩擦条件下摩擦500次后与水的接触角仍小于10°，透光率为85-92％，同时制备方法简单易行，可控性高，成本低廉，可批量生产，在透明基材防雾领域具有良好的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1制备的N掺杂的TiO2超亲水防雾涂层的SEM截面形貌图；
图2为本发明实施例1制备的N掺杂的TiO2超亲水防雾涂层刚制备时的水滴接触角照片；
图3为本发明实施例1制备的N掺杂的TiO2超亲水防雾涂层放置3个月后的水滴接触角照片；
图4为本发明实施例1制备的N掺杂的TiO2超亲水防雾涂层与直径为10mm的包裹有无尘布的对磨销在载荷为1kg，行程5mm的摩擦条件下摩擦500次后的水滴接触角照片；
图5为本发明实施例1制备的N掺杂的TiO2超亲水防雾涂层的透光率曲线图；
图6为本发明对比例1无掺杂的TiO2和实施例1的N掺杂的TiO2超亲水防雾涂层的防雾效果对比图。
具体实施方式
鉴于现有技术的缺陷，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案，其主要是通过对TiO2进行金属和/或非金属元素掺杂降低其禁带宽度实现可见光致超亲水防雾。
下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例的一个方面提供了一种超亲水防雾涂层，其包括：具有光催化活性的TiO2和掺杂元素组成，其中，所述掺杂元素包括金属元素、非金属元素中的任意一种或两种的组合。
进一步的，所述掺杂元素包括N、C、S、F、Fe、Cr、Ni、Cu中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。
进一步的，所述超亲水防雾涂层表面与水的接触角小于5°，透光率为85-92％。
进一步的，所述超亲水防雾涂层放置3个月后接触角仍然低于5°，并且所述超亲水防雾涂层与直径为10mm的包裹有无尘布的对磨销在载荷为1kg，行程5mm的摩擦条件下摩擦500次后与水的接触角小于10°。
进一步的，所述超亲水防雾涂层的厚度为50～300nm。
本发明实施例的另一个方面还提供了一种超亲水防雾涂层的制备方法，其包括：至少采用物理气相沉积法、溶胶-凝胶法、等离子增强化学气相沉积法中的任一者对具有光催化活性的TiO2进行元素掺杂，从而在基底上沉积形成超亲水防雾涂层。
进一步的，所掺杂的元素包括金属元素、非金属元素中的任意一种或两种的组合，且不限于此。
更进一步的，所掺杂的元素包括N、C、S、F、Fe、Cr、Ni、Cu中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。
进一步的，所述元素掺杂包括单元素掺杂或多元素共掺杂。
在一些较为具体的实施方案中，所述方法包括：将基底置于镀膜设备真空腔体中，之后在惰性气体、氮气和氧气的混合气氛中，通过溅射Ti靶，采用非平衡反应磁控溅射技术在所述基底上制备N掺杂的TiO2超亲水防雾涂层，其中，Ti靶电流为0.5-5A，直流偏压为-100-400V，腔体温度为50-200℃，氩气流量为10-60sccm，氮气流量为1-30sccm，沉积时间为0.5-5h。
进一步的，所述Ti靶的纯度在99.9％以上。
进一步的，所述惰性气体包括氩气，且不限于此。
进一步的，所述方法还包括：在形成所述N掺杂的TiO2超亲水防雾涂层之后，将所述镀膜设备真空腔体的温度降低至50℃以下，然后取出具有N掺杂的TiO2超亲水防雾涂层的基底。
在一些较为具体的实施方案中，所述方法包括：将基底置于镀膜设备真空腔体中，在惰性气体和氧气的混合气氛中，通过溅射Ti靶和金属元素靶，采用磁控溅射技术在所述基底上制备金属元素掺杂的TiO2超亲水防雾涂层，其中，Ti靶电流为0.5～5A，金属元素靶电流为0.5～6A，偏压为-100～-400V，温度为50～200℃，氩气流量为10～60sccm，氧气流量为5～30sccm，沉积时间为0.5～5h，所述金属元素包括Fe、Cr、Ni、Cu中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。
进一步的，所述Ti靶的纯度在99.9％以上。
进一步的，所述惰性气体包括氩气，且不限于此。
在一些较为具体的实施方案中，所述方法包括：将钛酸四丁酯的乙醇溶液加至包含尿素、硝酸的水溶液混合均匀，再经陈化处理获得水凝胶，之后将所述水凝胶涂覆于基底表面，并于100℃干燥10～20min，随后于450～550℃下烧结处理1～3h获得所述超亲水防雾涂层。
在一些较为具体的实施方案中，所述方法包括：将基底置于镀膜设备真空腔体中，之后在惰性气体、氮气和氧气的混合气氛中，采用等离子增强化学气相沉积技术在所述基底上制备N掺杂的TiO2超亲水防雾涂层，其中，腔体温度为30～100℃，工作气体压力为20～100mTorr，射频电源功率为25～400W，以惰性气体为载气将钛酸四丁酯带入反应腔体内，惰性气体流量为10～80sccm，氮气流量为10～100sccm，氧气流量为2～50sccm，沉积时间为0.5～3h。
进一步的，所述惰性气体包括氩气，且不限于此。
在一些较为具体的实施方案中，所述方法还包括：先对基底进行清洗、除油和活化处理。
进一步的，所述活化处理包括：将基底置于镀膜设备真空腔体中，抽真空并将真空腔体的温度升至50～200℃，并通入氩气，开启离子束，引导氩离子对基底表面进行轰击活化，其中，离子束电压为1000-1300V，基底偏压为-200～-500V。
进一步的，所述基底为透明基材。
进一步的，所述基材包括玻璃、金属中的任意一种，且不限于此。
本发明实施例的另一个方面还提供了前述方法制备的超亲水防雾涂层。
本发明实施例的另一个方面还提供了前述超亲水防雾涂层于透明基材防雾领域中的用途。
下面结合若干优选实施例及附图对本发明的技术方案做进一步详细说明，本实施例在以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。
下面所用的实施例中所采用的实验材料，如无特殊说明，均可由常规的生化试剂公司购买得到。
实施例1
本实施例的N掺杂的TiO2超亲水防雾涂层通过物理气相沉积法在玻璃基底上制备，所述N掺杂的TiO2超亲水防雾涂层的总厚度约为100nm。
所述N掺杂的TiO2超亲水防雾涂层可以按照以下步骤制备：
(1)对玻璃基底进行清洗、除油、表面活化处理：首先利用乙醇、丙酮等溶剂对玻璃基底进行清洗、除油处理，随后放入反应磁控溅射设备真空腔体中，并对所述镀膜设备真空腔体进行抽真空，之后将真空腔体内的温度升至100℃，并通入氩气，开启离子束，离子束电压为1300V，增加气体离化率，且对金属基底施加-400V的偏压，从而引导氩离子对金属表面进行轰击活化；
(2)将清洗处理的玻璃基底置于镀膜设备真空腔体中，采用磁控溅射技术制备涂层：Ti靶为直流磁控电源控制，Ti靶电流为3A。偏压-100V，温度100℃，工作气体包括氩气、氮气和氧气；沉积形成所述N掺杂的TiO2超亲水防雾涂层的条件包括：氩气流量30sccm，氮气流量10sccm，氧气流量10sccm，沉积时间1h。沉积结束后，将所述镀膜设备真空腔体的温度降低至50℃以下后取出具有N掺杂的TiO2超亲水防雾涂层的玻璃基底。
如图1为本实施例N掺杂的TiO2超亲水防雾涂层SEM截面形貌图，刚制备涂层与水的接触角如图2所示：接触角为0°；涂层放置3个月后与水的接触角如图2所示：接触角为4°；超亲水防雾涂层与直径为10mm的包裹有无尘布的对磨销在载荷为1kg，行程5mm的摩擦条件下摩擦500次后的水滴接触角照片如图4所示：接触角为6°；图5本实施例N掺杂的TiO2超亲水防雾涂层的透光率曲线。
实施例2
本实施例的N-C共掺杂的TiO2超亲水防雾涂层通过物理气相沉积法在玻璃基底上制备，所述N-C共掺杂的TiO2超亲水防雾涂层的总厚度约为150nm。
所述N-C掺杂的TiO2超亲水防雾涂层可以按照以下步骤制备：
(1)对玻璃基底进行清洗、除油、表面活化处理：首先利用乙醇、丙酮等溶剂对玻璃基底进行清洗、除油处理，随后放入反应磁控溅射设备真空腔体中，并对所述镀膜设备真空腔体进行抽真空，之后将真空腔体内的温度升至100℃，并通入氩气，开启离子束，离子束电压为1300V，增加气体离化率，且对金属基底施加-400V的偏压，从而引导氩离子对金属表面进行轰击活化；
(2)将清洗处理的玻璃基底置于镀膜设备真空腔体中，采用磁控溅射技术制备涂层：Ti靶为直流磁控电源控制，Ti靶电流为3A。偏压-100V，温度100℃，工作气体包括氩气、氮气乙炔和氧气；沉积形成所述N-C掺杂的TiO2超亲水防雾涂层的条件包括：氩气流量30sccm，氮气流量10sccm，乙炔流量10sccm，氧气流量10sccm，沉积时间1h。沉积结束后，将所述镀膜设备真空腔体的温度降低至50℃以下后取出具有N-C共掺杂的TiO2超亲水防雾涂层的玻璃基底。
实施例3
本实施例的N掺杂的TiO2超亲水防雾涂层通过等离子增强化学气相沉积在玻璃基底上制备，所述N掺杂的TiO2超亲水防雾涂层的总厚度约为50nm。
所述N掺杂的TiO2超亲水防雾涂层可以按照以下步骤制备：
(1)对玻璃基底进行清洗、除油、表面活化处理：首先利用乙醇、丙酮等溶剂对玻璃基底进行清洗、除油处理，随后放入设备真空腔体中，并对所述镀膜设备真空腔体进行抽真空，之后将真空腔体内的温度升至45℃，并通入氩气，射频电源，功率为300W对样品表面进行轰击活化；
(2)将清洗处理的玻璃基底置于镀膜设备真空腔体中，采用等离子增强化学气相沉积技术制备涂层：腔体温度为45℃，控制工作压力为50mTorr，射频电源功率为200W，以氩气为载气将钛酸四丁酯带入反应腔体内，氩气流量为60sccm，氮气流量50sccm，氧气流量10sccm，沉积时间1h。沉积结束后，取出具有N掺杂的TiO2超亲水防雾涂层的玻璃基底。
实施例4
本实施例的N掺杂的TiO2超亲水防雾涂层通过溶胶-凝胶法在玻璃基底上制备，所述N掺杂的TiO2超亲水防雾涂层的总厚度约为150nm。
所述N掺杂的TiO2超亲水防雾涂层可以按照以下步骤制备：
在磁力搅拌的条件下，取8mL钛酸四丁酯逐滴加入到10mL无水乙醇中，搅拌30min，得到淡黄色溶液A；将尿素溶解于蒸馏水中，(尿素和钛酸四丁酯的摩尔比为3:1)，再滴加HNO3使得对应硝酸和蒸馏水的体积比分别为0.1，搅拌均匀，得到溶液B；将溶液A缓慢滴加到高速搅拌的溶液B中，滴加完毕继续混合搅拌3.5h；之后置于暗处陈化3h，得到淡黄色水溶胶，然后以2000r/min的速度旋涂于在清洁的石英玻璃基板上，将样品在100℃下干燥箱中烘干10min，使薄膜中的乙醇溶剂挥发，重复以上制备过程10次，随后在550℃下于马弗炉中进行空气烧结，保温时间为2h，得到N掺杂的TiO2超亲水防雾涂层。
实施例5
本实施例的Cu掺杂的TiO2超亲水防雾涂层通过物理气相沉积法在玻璃基底上制备，所述Cu掺杂的TiO2超亲水防雾涂层的总厚度约为150nm。
所述Cu掺杂的TiO2超亲水防雾涂层可以按照以下步骤制备：
(1)对玻璃基底进行清洗、除油、表面活化处理：首先利用乙醇、丙酮等溶剂对玻璃基底进行清洗、除油处理，随后放入反应磁控溅射设备真空腔体中，并对所述镀膜设备真空腔体进行抽真空，之后将真空腔体内的温度升至100℃，并通入氩气，开启离子束，离子束电压为1300V，增加气体离化率，且对金属基底施加-400V的偏压，从而引导氩离子对金属表面进行轰击活化；
(2)将清洗处理的玻璃基底置于镀膜设备真空腔体中，采用磁控溅射技术制备涂层：Ti靶和Cu靶为直流磁控电源控制，Ti靶电流为3A，Cu靶电流为1A，偏压-100V，温度100℃，工作气体包括氩气和氧气；沉积形成所述Cu掺杂的TiO2超亲水防雾涂层的条件包括：氩气流量30sccm，氧气流量10sccm，沉积时间1h。沉积结束后，将所述镀膜设备真空腔体的温度降低至50℃以下后取出具有Cu掺杂的TiO2超亲水防雾涂层的玻璃基底。
对比例1
为了与以上实施例1-2进行对比，本对比实施例通过物理气相沉积制备无掺杂的TiO2涂层。所述涂层的总厚度约为100nm。
所述涂层可以按照以下步骤制备：
(1)对玻璃基底进行清洗、除油、表面活化处理：首先利用乙醇、丙酮等溶剂对玻璃基底进行清洗、除油处理，随后放入反应磁控溅射设备真空腔体中，并对所述镀膜设备真空腔体进行抽真空，之后将真空腔体内的温度升至100℃，并通入氩气，开启离子束，离子束电压为1300V，增加气体离化率，且对金属基底施加-400V的偏压，从而引导氩离子对金属表面进行轰击活化；
(2)将清洗处理的玻璃基底置于镀膜设备真空腔体中，采用磁控溅射技术制备涂层：Ti靶为直流磁控电源控制，Ti靶电流为3A。偏压-100V，温度100℃，工作气体包括氩气、氮气和氧气；沉积形成所述无掺杂的TiO2超亲水防雾涂层的条件包括：氩气流量30sccm，氧气流量10sccm，沉积时间1h，沉积结束后，将所述镀膜设备真空腔体的温度降低至50℃以下后取出具有TiO2涂层的玻璃基底。
通过对比发现，如图6所示，实施例1中N掺杂的TiO2超亲水防雾涂层的防雾效果较好。
对比例2
为了与以上实施例1～2进行对比，本对比实施例通过溶胶-凝胶法制备无掺杂的TiO2涂层，所述涂层的总厚度约为150nm。
所述涂层可以按照以下步骤制备：
在磁力搅拌的条件下，取8mL钛酸四丁酯逐滴加入到10mL无水乙醇中，搅拌30min，得到淡黄色溶液A；再滴加HNO3使得对应硝酸和蒸馏水的体积比分别为0.1，搅拌均匀，得到溶液B；将溶液A缓慢滴加到高速搅拌的溶液B中，滴加完毕继续混合搅拌3.5h；之后置于暗处陈化3h，得到淡黄色水溶胶，以2000r/min的速度旋涂于清洁的石英玻璃基板上，将样品在100℃下干燥箱中烘干10min，使薄膜中的乙醇溶剂挥发，重复以上制备过程10次，随后在550℃下于马弗炉中进行空气烧结，保温时间为2h，得到TiO2涂层。
实施例1-5以及对比例1-2中所制备的涂层的水接触角的结果如表1所示：
表1实施例1-5以及对比例1-2中所制备的涂层的水接触角的结果(单位：°)
名称 新制备的涂层 放置30天后 紫外光照1h 紫外光照10天后
实施例1 0 0 0 0
实施例2 0 3 0 0
实施例3 0 4 0 0
实施例4 0 5 0 0
实施例5 0 4 0 0
对比例1 63 62 0 58
对比例2 65 60 0 66
此外，本案发明人还参照前述实施例，以本说明书述及的其它原料、工艺操作、工艺条件进行了试验，并均获得了较为理想的结果。
本发明的各方面、实施例、特征及实例应视为在所有方面为说明性的且不打算限制本发明，本发明的范围仅由权利要求书界定。在不背离所主张的本发明的精神及范围的情况下，所属领域的技术人员将明了其它实施例、修改及使用。
在本发明案中标题及章节的使用不意味着限制本发明；每一章节可应用于本发明的任何方面、实施例或特征。
在本发明案通篇中，在将组合物描述为具有、包含或包括特定组份之处或者在将过程描述为具有、包含或包括特定过程步骤之处，预期本发明教示的组合物也基本上由所叙述组份组成或由所叙述组份组成，且本发明教示的过程也基本上由所叙述过程步骤组成或由所叙述过程步骤组组成。
应理解，各步骤的次序或执行特定动作的次序并非十分重要，只要本发明教示保持可操作即可。此外，可同时进行两个或两个以上步骤或动作。
尽管已参考说明性实施例描述了本发明，但所属领域的技术人员将理解，在不背离本发明的精神及范围的情况下可做出各种其它改变、省略及/或添加且可用实质等效物替代所述实施例的元件。另外，可在不背离本发明的范围的情况下做出许多修改以使特定情形或材料适应本发明的教示。因此，本文并不打算将本发明限制于用于执行本发明的所揭示特定实施例，而是打算使本发明将包含归属于所附权利要求书的范围内的所有实施例。此外，除非具体陈述，否则术语第一、第二等的任何使用不表示任何次序或重要性，而是使用术语第一、第二等来区分一个元素与另一元素。

Claims (5)

1.一种超亲水防雾涂层的制备方法，其特征在于包括：采用物理气相沉积法对具有光催化活性的TiO2进行N元素掺杂，从而在基底上沉积形成超亲水防雾涂层；
所述物理气相沉积法具体包括：
利用乙醇、丙酮对基底进行清洗、除油处理，之后将基底置于镀膜设备真空腔体中，抽真空并将真空腔体的温度升至100℃，并通入氩气，开启离子束，引导氩离子对基底表面进行轰击活化，其中，离子束电压为1300V，基底偏压为-400V；
将基底置于镀膜设备真空腔体中，在氩气、氮气和氧气的混合气氛中，通过溅射Ti靶，采用磁控溅射技术在所述基底上制备N掺杂的TiO2超亲水防雾涂层，其中，Ti靶电流为3A，偏压为-100V，温度为100℃，氩气流量为30sccm，氧气流量为10sccm，沉积时间为1h；
所述超亲水防雾涂层包括有光催化活性的TiO2和掺杂元素N组成，所述超亲水防雾涂层表面与水的接触角为0°；所述超亲水防雾涂层放置3个月后接触角为4°，并且所述超亲水防雾涂层与直径为10mm的包裹有无尘布的对磨销在载荷为1kg，行程5mm的摩擦条件下摩擦500次后与水的接触角为6°。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述基底为透明基材。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述基材选自玻璃和/或金属。
4.由权利要求1-3中任一项所述方法制备的超亲水防雾涂层。
5.权利要求4所述的超亲水防雾涂层于透明基材防雾领域中的用途。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101193705A (zh) * 2005-04-11 2008-06-04 法国圣戈班玻璃厂 杀微生物底材
WO2011026201A2 (en) * 2009-09-04 2011-03-10 Katholieke Universiteit Leuven Metallic coatings on metallic substrates
CN104592850A (zh) * 2014-12-31 2015-05-06 三棵树涂料股份有限公司 超亲水透明防雾涂层的制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101193705A (zh) * 2005-04-11 2008-06-04 法国圣戈班玻璃厂 杀微生物底材
WO2011026201A2 (en) * 2009-09-04 2011-03-10 Katholieke Universiteit Leuven Metallic coatings on metallic substrates
CN104592850A (zh) * 2014-12-31 2015-05-06 三棵树涂料股份有限公司 超亲水透明防雾涂层的制备方法

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