CN111208588B - 自除尘监控摄像镜头镜片及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自除尘监控摄像镜头镜片及其制备方法，使用本发明的制备方法制得的自除尘监控摄像镜头的镜片外表面涂覆有疏水涂层，疏水涂层为两层结构，本发明具有微纳多级粗糙结构和低表面能的表面具有超疏水性，实现自清洁并且能够保持监控摄像头镜片长时间的洁净。同时，本发明依次用酸液、氯化亚砜、十八胺通过特定的制备方法对碳纳米管进行改性而得，制备的改性碳纳米管粗糙结构的尺寸比可见光的波长小于100nm以上可以避免光的米氏散射而获得高透明性。本发明在镜片的两侧不影响摄像头拍摄范围的边缘粘贴有两组电极贴片，利用三相行波电场将尘埃完全移出镜片表面。

Description

自除尘监控摄像镜头镜片及其制备方法
技术领域
本发明涉及监控设备技术领域，特别是涉及一种自除尘监控摄像镜头及其制备方法。
背景技术
在当今的社会监控摄像头已经无处不在，不管公众场合还是自家私用都有监控摄像头的踪迹，但监控摄像头的镜头在使用过程往往会在短期内积累较多灰尘从而降低镜头能见度，影响观测和监控效果。同时，由于大部分的监控摄像头都安装在较高的地方不便于人工清洁，而且就算人工清洁也会因镜头表面静电很快由积聚不少尘埃。因此，研究一种非人工的自动除尘方法是非常有必要的，但监控摄像头现有技术的自动除尘方案并不能很好解决该技术问题。如公开号为CN108134891A的可除尘的摄像头摄在镜头上设有滑轨，滑轨上设有可除尘的电动刷子并由内置电机来控制来回滑动以实现自动清扫镜头上灰尘的目的，这种技术方案存在的主要不足在于：（1）镜头的镜面在物理摩擦下非常容易刮花而造成永久性伤害；（2）刷子仅起到将灰尘扬起的作用，尽管部分灰尘在重力或者锋利的作用下会掉落或者飘走而去除，但还是存在大部分灰尘重新粘附到镜面上的情况。
无论是采用自然除尘还是机械除尘不能很好解决镜头自除尘的问题，因为自然除尘是利用自然力量，如风吹、雨水冲刷或重力的自然作用来清除灰尘，除尘效果较差；机械除尘是采用擦拭、喷吹、振动或超声波等机械方式除尘，由于微尘的尺寸比较小而且又具有很强的粘附性，清除较困难，且机械方法容易对摄像头C镜头产生损伤；因此，针对现有技术中的存在问题，亟需提供一种自动除尘、除尘效果好、对镜头无损伤的镜头自除尘技术显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种自动除尘、除尘效果好、对镜头无损伤的自除尘监控摄像头镜片的制备方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
自除尘监控摄像头镜片的制备方法，包括以下步骤：
（1）涂层液制备
1.1取碳纳米管和质量分数为65%的浓硝酸溶液足量在温度为78~82℃的水浴锅中加热回流反应18~22h，产物洗涤得到羧基化碳纳米管；
1.2 按0.5g羧基化碳纳米管配100mL氯化亚砜和2mL二甲基甲酰胺的比例取料并混合，在73~78℃的水浴锅中搅拌回流15~20h反应；
1.3 冷却混合液，将混合液加入到高速离心机离心处理，回收上层液，将下层黑色固体用四氢呋喃洗涤抽滤至无色为止，将黑色固体放在45~55℃真空箱中干燥22~26h，制得酰氯化多壁碳纳米管；
1.4 按0.5g酰氯化多壁碳纳米管配2g十八胺的比例取料并混合，混合物在90~98℃的水浴锅中搅拌反应20~24h；
1.5以乙醇为提取剂用索氏提取器将1.4步骤中获得的产物中未反应的十八胺除去后将黑色固体放在45~55℃的真空干燥箱烘干，得十八胺改性碳纳米管；
1.6 将全（十七）氟癸基三甲氧基硅烷和固化剂以质量比10：1混合溶于四氢呋喃中，再加入十八胺改性碳纳米管，超声12~20min得到均匀分散的涂层液；其中，全（十七）氟癸基三甲氧基硅烷的量和十八胺改性碳纳米管的量以能在四氢呋喃中溶解为准；
（2）镜片涂覆固化：将涂层液喷涂于镜片的表面，常温干燥固化获得具有多壁碳纳米管薄层的镜片；
（3）外层气相沉淀：将具有多壁碳纳米管薄层的镜片置于物理气相沉积真空箱，抽真空，当真空度达到10-2Pa，实施辉光清洗与表面改性，全（十七）氟癸基三甲氧基硅烷在物理气相沉积真空箱内气相沉淀在镜片的外表面；
（4）电极贴片：
4.1 在镜片的两侧边缘分别贴上一片长条状的绝缘片；
4.2准备多张相同片状长方体形状的电极贴片，在两张绝缘片上分别贴上相同数量的电极贴片，电极贴片的宽度与相邻两个电极贴片之间的间距相等；
4.2自最侧边一个电极贴片起每三个电极贴片为一组构成一个移动周期，移动周期内的三个电极贴片分别与调压器的三个输出端连接，调压器的三个输出端可与三相交流电源的U相线、V相线和W相线对应相连。
优选的，在步骤1.6涂层液中，全（十七）氟癸基三甲氧基硅烷浓度为0.1-0.3g/L，十八胺改性碳纳米管的浓度为0.8-1.0g/L。
优选的，步骤1.6中全（十七）氟癸基三甲氧基硅烷在四氢呋喃中溶解量质量比为0.8：1.0，十八胺改性碳纳米管在四氢呋喃中溶解量质量比为0.72：1.0。
优选的，步骤1.3中高速离心机的转速为2500r/min。
优选的，相邻两电极贴片的间距为0.2mm-1.0mm。该间距下可保证灰尘能在电极形成的行波电场中形成持续的运动，达到更好的除尘效率和效果。
优选的，在多张所述电极贴片上分别覆盖绝缘层，所述绝缘层的厚度为0.1mm-0.15mm。绝缘层可以保护电极贴片避免电极击穿等情况发生。
优选的，调压器的输出电压为380V、1000V和1500V三档中的任意一档。
本发明的另一目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种自动除尘、除尘效果好、对镜头无损伤的自除尘监控摄像头镜片。
本发明的另一目的通过以下技术方案实现：
自除尘监控摄像头镜片使用上述的制备方法制得。
本发明的有益效果：
（1）使用本发明的制备方法制得的自除尘监控摄像镜头的镜片外表面涂覆有疏水涂层，疏水涂层为两层结构，底层为多壁碳纳米管构成的薄层，该多壁碳纳米管构成的薄层在微观下表面并非平滑一层而是粗糙结构，表面具有无数绒毛状突出的碳纳米管。同时，全（十七）氟癸基三甲氧基硅烷又是疏水性材料，成膜后表面能低对尘埃的吸附力弱，本发明具有微纳多级粗糙结构和低表面能的表面具有超疏水性，这种超疏水性表面与水的接触角大于150°且滚动角小于10°，具有优异的自清洁作用，当有水滴时，由于接触角大于水滴不能停留于镜片的表面并带着尘埃流走，从而实现自清洁。本发明的涂层实现自除尘原理与荷叶表面的微纳多级乳突和蜡质物自清洁功能类似，又因本发明的多壁碳纳米管粒径比荷叶乳突的粒径更小且全（十七）氟癸基三甲氧基硅烷形成外层疏水性更好，因此，本发明自清洁效果比天然荷叶更为优异，能够保持监控摄像头镜片长时间的洁净。
（2）本发明的镜片表面改性以全（十七）氟癸基三甲氧基硅烷为硅源，多壁碳纳米管为模板，在镜头表面构筑硅纳米管涂层，然后通过气相沉积固化的全（十七）氟癸基三甲氧基硅烷对其进行超疏化处理，最终得到透明超疏涂层。通常来说，不同微纳结构所构筑的粗糙表面可能会由于光的散射而导致不透明，故疏水性与透明性对材料的结构要求上存在一定的矛盾。如何在获得超疏水性与光高透性的镜片表面涂层是本发明要解决的其中一个问题，本发明依次用酸液、氯化亚砜、十八胺通过特定的制备方法对碳纳米管进行改性而得，制备的改性碳纳米管粗糙结构的尺寸比可见光的波长小于100nm以上可以避免光的米氏散射而获得高透明性。
（3）本发明在镜片的两侧不影响摄像头拍摄范围的边缘粘贴有两组电极贴片，每一测的最侧边一个电极贴片起每三个电极贴片为一组构成一个移动周期，移动周期内的三个电极贴片分别调压器与三相交流电源的U相线、V相线和W相线相连，两组电极除尘单元工作时，各移动周期内形成相同的三相行波电场，电场内的微尘颗粒受粘附力、电场力、介电泳力和重力等的共同作用而从一个移动周期移动至另一个移动周期，直到被移除电帘板表面。其中，灰尘颗粒在三相行波电场中的运动模式有四种：表面模式、弹跳模式、螺旋运动模式以及持续运动模式，根据实际需要本领域技术人员可设置不同的电极参数实现尘埃不同的运动模式以确保灰尘完全被移出镜片表面。
（4）本发明设有调压器，其中调压器的输出电压为380V、1000V和1500V三档，三档电压对应三种工作模式，低档380V为灰尘屏蔽模式、中档1000V为除尘模式、高档1500V为高效清洁模式。当监控摄像头的两组电极除尘单元持续接入低档380V时，两组电极除尘单元的电场力能够起到屏蔽灰尘的作用，使大部分灰尘颗粒不能落入镜片表面；当落入镜片表面的灰尘积累较多时，将电压调至中档1000V除尘阶段，尘埃在电场力的作用下运动移出镜片外；对于部分黏性较强的灰尘颗粒，可将电压调至1500V高压档进入高效清洁模式增大电场力以在高压状态下清除附着在电帘板表面的灰尘颗粒。根据不同的情况使用不同的模式，不仅除尘效果好而且耗能低。
附图说明
利用附图对本发明做进一步说明，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。
图1是本发明的一个实施例的镜头电除尘结构示意图。
图2是本发明的电除尘原理示意图。
在图1至图2中包括有：
1镜片，2绝缘片，3电极贴片，4调压器、5三相交流电源；
Fex——电场力，Fzs——粘附力，Fzd——空气阻力，Fcy——介电泳力，mg——重力。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本实施例的自除尘监控摄像镜头镜片的制备方法，包括以下步骤：
（1）涂层液制备
1.1取1.0g碳纳米管和质量分数为65%的浓硝酸溶液足量，在温度为78~82℃的水浴锅中加热回流反应20h，产物洗涤得到羧基化碳纳米管，其中，浓硝酸的量以多于1.0g碳纳米管完全反应的量为准，本实施例中浓硝酸的量为300mL；
1.2 取0.5g羧基化碳纳米管、100mL氯化亚砜和2mL二甲基甲酰胺进行混合并在75℃的水浴锅中搅拌回流18h反应；
1.3 冷却混合液，将混合液加入到2500r/min高速离心机离心处理，回收上层液，将下层黑色固体用四氢呋喃洗涤抽滤至无色为止，将黑色固体放在50℃真空箱中干燥24h，制得酰氯化多壁碳纳米管；
1.4 取0.5g酰氯化多壁碳纳米管和2g十八胺混合，混合物在95℃的水浴锅中搅拌反应22h；
1.5以乙醇为提取剂用索氏提取器将1.4步骤中获得的产物中未反应的十八胺除去后，将黑色固体放在50℃的真空干燥箱烘干，得十八胺改性碳纳米管；
1.6 将全（十七）氟癸基三甲氧基硅烷10g和固环氧树脂固化剂1g混合溶于12.5mL四氢呋喃中，再加入十八胺改性碳纳米管13.9g，超声15min得到均匀分散的涂层液；
（2）镜片涂覆固化：将涂层液喷涂于镜片的表面，常温干燥固化获得具有多壁碳纳米管薄层的镜片；
（3）外层气相沉淀：将具有多壁碳纳米管薄层的镜片置于物理气相沉积真空箱，抽真空，当真空度达到10-2Pa，实施辉光清洗与表面改性，全（十七）氟癸基三甲氧基硅烷在物理气相沉积真空箱内气相沉淀在镜片的外表面。
（4）电极贴片：
4.1 在镜片的两侧边缘分别贴上长条状的绝缘片；
4.2准备多张相同片状长方体形状的电极贴片，在两片绝缘片上分别贴上相同数量的电极贴片，电极贴片的宽度与相邻两个电极贴片之间的间距相等；
4.2自最侧边一个电极贴片起每三个电极贴片为一组构成一个移动周期，移动周期内的三个电极贴片分别与调压器的三个输出端连接，调压器的三个输出端可与三相交流电源的U相线、V相线和W相线对应相连。
其中，电极贴片设置为片状长方体且各电极贴片相互平行，电极贴片的宽度与相邻两个电极贴片之间的间距相等，相邻两电极贴片的间距为0.2mm-1.0mm范围内，可为0.2mm、0.5mm、1.0mm或者其它范围内的数值，此范围的电极贴片间距最有利于灰尘在电极贴片产生的行波电场中形成持续运动，除尘效率高，效果好。电极贴片上还覆盖绝缘层以保护电极贴片，绝缘层的厚度为0.1mm-0.15mm。
另外，本实施例中，调压器的输出电压为380V、1000V和1500V三档，三档电压对应三种工作模式，低档380V为灰尘屏蔽模式、中档1000V为除尘模式、高档1500V为高效清洁模式，具体工作时，可根据实际需要而选用不同的模式。
实施例2
本实施例的主要技术方案与实施例1基本相同，在本实施例中未作解释的特征，采用实施例1中的解释，在此不再进行赘述。本实施例与实施例1的不同之处在于：
1.1在温度为78℃的水浴锅中加热回流反应18h，
1.2在73℃的水浴锅中搅拌回流15h反应；
1.3将黑色固体放在45℃真空箱中干燥22h，
1.4混合物在90℃的水浴锅中搅拌反应20h；
1.6超声12min得到均匀分散的涂层液。
实施例3
本实施例的主要技术方案与实施例1基本相同，在本实施例中未作解释的特征，采用实施例1中的解释，在此不再进行赘述。本实施例与实施例1的不同之处在于：
1.1在温度为82℃的水浴锅中加热回流反应22h，
1.2在78℃的水浴锅中搅拌回流20h反应；
1.3将黑色固体放在55℃真空箱中干燥26h，
1.4混合物在98℃的水浴锅中搅拌反应24h；
1.6超声20min得到均匀分散的涂层液。
实施例4
本实施例的主要技术方案与实施例1基本相同，在本实施例中未作解释的特征，采用实施例1中的解释，在此不再进行赘述。本实施例制成的涂层液中，全（十七）氟癸基三甲氧基硅烷浓度为0.1g/L，十八胺改性碳纳米管的浓度为0.8g/L。
实施例5
本实施例的主要技术方案与实施例1基本相同，在本实施例中未作解释的特征，采用实施例1中的解释，在此不再进行赘述。本实施例制成的涂层液中，全（十七）氟癸基三甲氧基硅烷浓度为0.2g/L，十八胺改性碳纳米管的浓度为0.9g/L。
实施例6
本实施例的主要技术方案与实施例1基本相同，在本实施例中未作解释的特征，采用实施例1中的解释，在此不再进行赘述。本实施例制成的涂层液中，全（十七）氟癸基三甲氧基硅烷浓度为0.3g/L，十八胺改性碳纳米管的浓度为1.0g/L。
测试数据：
除尘率测试：将实施例1至6的镜片装上均装上两组电极除尘单元，使镜片表面覆盖满尘埃，使镜片倾斜放置，各电极贴片通电调至第三档工作5分钟后测量尘埃覆盖的面积，用残余尘埃覆盖的面积除以镜片表面求出残余率，100%减残余率即为除尘率。
透光率：取实施例1至6的镜片清洁干燥放置于无尘箱内备用，使用透光率仪进行测试。
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6
除尘率 99.58% 99.68% 99.46% 99.85% 99.45% 99.86%
透光率 96% 95% 96% 94% 93% 94%
关于测试数据需要说明的是由于测试环境、使用的电压、尘埃的组成及作为基础C镜头镜片等不同，测试数据会略有不同，但这并不影响本发明可以实施并取得有益效果。
最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案说明而非对权利要求保护范围的限制。本领域的普通技术人员参照较佳实施例应当理解，并可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，但属于本发明技术方案的实质相同和保护范围。

Claims (6)

1.自除尘监控摄像头镜片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）涂层液制备
1.1取碳纳米管和质量分数为65%的浓硝酸溶液足量在温度为78~82℃的水浴锅中加热回流反应18~22h，产物洗涤得到羧基化碳纳米管；
1.2 按0.5g羧基化碳纳米管配100mL氯化亚砜和2mL二甲基甲酰胺的比例取料并混合，在73~78℃的水浴锅中搅拌回流15~20h反应；
1.3 冷却混合液，将混合液加入到高速离心机离心处理，回收上层液，将下层黑色固体用四氢呋喃洗涤抽滤至无色为止，将黑色固体放在45~55℃真空箱中干燥22~26h，制得酰氯化多壁碳纳米管；
1.4 按0.5g酰氯化多壁碳纳米管配2g十八胺的比例取料并混合，混合物在90~98℃的水浴锅中搅拌反应20~24h；
1.5以乙醇为提取剂用索氏提取器将1.4步骤中获得的产物中未反应的十八胺除去后将黑色固体放在45~55℃的真空干燥箱烘干，得十八胺改性碳纳米管；
1.6 将全（十七）氟癸基三甲氧基硅烷和固化剂以质量比10：1混合溶于四氢呋喃中，再加入十八胺改性碳纳米管，超声12~20min得到均匀分散的涂层液；其中，全（十七）氟癸基三甲氧基硅烷浓度为0.1-0.3g/L，十八胺改性碳纳米管的浓度为0.8-1.0g/L，全（十七）氟癸基三甲氧基硅烷在四氢呋喃中溶解量质量比为0.8：1.0，十八胺改性碳纳米管在四氢呋喃中溶解量质量比为0.72：1.0；
（2）镜片涂覆固化：将涂层液喷涂于镜片的表面，常温干燥固化获得具有多壁碳纳米管薄层的镜片；
（3）外层气相沉淀：将具有多壁碳纳米管薄层的镜片置于物理气相沉积真空箱，抽真空，当真空度达到10-2Pa，实施辉光清洗与表面改性，全（十七）氟癸基三甲氧基硅烷在物理气相沉积真空箱内气相沉淀在镜片的外表面；
（4）电极贴片：
4.1 在镜片的两侧边缘分别贴上一片长条状的绝缘片；
4.2准备多张相同片状长方体形状的电极贴片，在两片绝缘片上分别贴上相同数量的电极贴片，电极贴片的宽度与相邻两个电极贴片之间的间距相等；
4.2自最侧边一个电极贴片起每三个电极贴片为一组构成一个移动周期，移动周期内的三个电极贴片分别与调压器的三个输出端连接，调压器的三个输出端可与三相交流电源的U相线、V相线和W相线对应相连。
2.根据权利要求1所述自除尘监控摄像头镜片的制备方法，其特征在于，步骤1.3中高速离心机的转速为2500r/min。
3.根据权利要求1所述自除尘监控摄像头镜片的制备方法，其特征在于，相邻两电极贴片的间距为0.2mm-1.0mm。
4.根据权利要求1所述自除尘监控摄像头镜片的制备方法，其特征在于，在多张所述电极贴片上分别覆盖绝缘层，所述绝缘层的厚度为0.1mm-0.15mm。
5.根据权利要求1所述自除尘监控摄像头镜片的制备方法，其特征在于，调压器的输出电压为380V、1000V和1500V三档中的任意一档。
6.自除尘监控摄像头镜片，其特征在于，使用如权利要求1至5任意一项所述的制备方法制得。
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