CN112010566A - 一种超亲水/亲水相间的防水雾镜片及制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超亲水/亲水相间的防水雾镜片及制作方法，镜片表面采用粗糙超亲水和光滑亲水表面相间结构设计，在无水雾环境下，相间隔的光滑表面弥补了粗糙表面造成的透光性不足的缺点，相比于全微结构表面减少了微结构带来的光线散射，增强了透光性；在有水雾环境下，水雾在相间隔的粗糙条带状微结构上形成一层水膜，增强了有水雾环境下的透光性，相比于光滑表面水雾凝结为水滴状对光线造成散射，增强了材料表面的透光性。该镜片解决了机械除雾装置复杂不易实现、镀膜防雾膜易脱落和除雾微结构透光性和除雾性不能良好耦合的问题，并且制备方法较为简单，适于大面积制备。
Description
技术领域
本发明属于材料加工领域，具体涉及一种防水雾镜片及制作方法。
背景技术
水雾凝结是一种常见的自然现象，当温度低于或者等于露点的时候空气中的水分子将会凝结并且在固体表面形成小的分散的水滴。因此，当材料表面和外界环境之间存在显著温差时，表面就会出现水雾甚至较大的水滴。凝结成不规则图案的水雾将会造成入射光的散射从而使透光材料的透光性能变差。结雾本身没有危害，但在生活中出现却常常令人懊恼，如在浴室的玻璃上、眼镜片上、车窗玻璃上、游泳镜片上、望远镜片上和相机镜头上等。此外，在对光学性能要求较高的场合中，水雾的产生将会造成极为严重的影响。如在气象色谱仪上和显微镜上的水雾将会严重降低其分析精度。并且在汽车、航空以及医疗设备上水雾凝结将会造成严重的安全问题。并且在以太阳能为主要能源的温室大棚中，水雾的凝结将会大大降低对光热的利用率。结雾不仅会对安全和能源利用方面造成极大的危害，并且在食品包装等生活中也带来了一定的影响。
近年来，解决水雾凝结主要有两个技术路线，一方面是从改善外界环境的角度来降低水雾的凝结率，如在发明专利：一种具有清除水雾功能的穿戴式导航设备(专利号：CN110631590A)中采用抽气风扇的方式进行穿戴式导航眼镜中的水雾抽除；发明专利：一种全封闭式自动消除水雾头盔(专利号：CN 110200348A)中采用内置雨刮器的方式进行除水雾；发明专利：一种防雾泳镜(专利号：CN 109865262 A)在眼镜内置刮条和环形导热片，利用水流驱动刮条对眼镜上的水雾进行刮除，且能够通过环形导热片控制镜片内外的温差减少起雾的情况。另一方面则是采用改变润湿性的方式来改变光学材料表面的微形貌和表面能从而形成亲水或疏水的状态从而实现防雾。如发明专利：一种防蓝光防雾镀膜树脂镜片的制备方法(专利号：CN 106772707 A)公开了一种防蓝光防雾镀膜树脂镜片的制备方法，通过在加硬膜层上控制氧化硅、氧化锆和氧化铟锡的顺序和沉积厚度真空镀制一层防蓝光膜层，然后使用等离子体对氧化硅亲水活化后，采用浸涂的方式镀制防雾膜层；在改变润湿性除雾方面，还有在表面加工微结构的方式来实现增强润湿性。
但是，采用改善外界环境的方法来改善水雾凝结装置复杂，便携性和实用性均不够好，其次，采用镀膜的方式改变材料表面润湿性来改善水雾凝结，其镀膜易脱落，容易造成防雾表面的性能不稳定。采用加工表面微结构的方法来改善材料表面润湿性虽然具有良好的耐磨性和防雾性，但是其透光性和防雾性往往不能够得到很好的均衡：具有粗糙微结构的表面在产生水雾时由于其良好的亲水性，可以在微结构区域形成一层水膜，相比于光滑表面水雾凝结成的水珠，形成水膜增强了透光性，但是，在没有水雾的时候，微结构会造成光线的散射，降低光线的透过率，且研究表明，透光性能最好时微结构的尺寸，对应防雾性能并非最佳。因此，发明一种兼具良好透光性和防雾性的镜片是迫切需要的。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种超亲水/亲水相间的防水雾镜片及制作方法，根据增加微结构可以增强材料表面润湿性的原理，采用增加间隔状微结构的方式来增强玻璃表面的润湿性从而实现防雾。镜片表面采用粗糙超亲水和光滑亲水表面相间结构设计，在无水雾环境下，相间隔的光滑表面弥补了粗糙表面造成的透光性不足的缺点，相比于全微结构表面减少了微结构带来的光线散射，增强了透光性；在有水雾环境下，水雾在相间隔的粗糙条带状微结构上形成一层水膜，增强了有水雾环境下的透光性，相比于光滑表面水雾凝结为水滴状对光线造成散射，增强了材料表面的透光性。该镜片解决了机械除雾装置复杂不易实现、镀膜防雾膜易脱落和除雾微结构透光性和除雾性不能良好耦合的问题，并且制备方法较为简单，适于大面积制备。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
一种超亲水/亲水相间的防水雾镜片，所述镜片的基底为玻璃基底，在所述玻璃基底表面上蚀刻有多条超亲水条带，所述玻璃基底表面上未蚀刻部分形成亲水部；所述超亲水条带的宽度和深度均在100nm～1000nm之间；所述超亲水条带和所述亲水部间隔排列。
优选地，所述玻璃基底为二氧化硅基玻璃。
优选地，所述超亲水条带在玻璃基底上呈现为网状间隔结构或栅状间隔结构。
优选地，所述镜片为单面防水雾或双面防水雾。
一种超亲水/亲水相间的防水雾镜片的制作方法，包括以下步骤：
步骤1：先后采用去离子水和无水乙醇清洗玻璃基底各t1时间，去除表面有机污染物，然后用干燥气体吹干；
步骤2：将预设计的二维网状掩模版图印刷在掩膜板上；
步骤3：将正光刻胶涂覆在完成步骤1的玻璃基底上，形成一层均匀的光刻胶膜；
步骤4：将掩膜板平行放置于完成步骤3的玻璃基底上，与玻璃基底接触；再用紫外光直接照射在掩膜板上进行显影；
步骤5：配置浓度为a的蚀刻溶液b；
步骤6：将完成步骤4后的玻璃基底放入蚀刻溶液b中，温度C下加热t2时间；
步骤7：将完成步骤6后的玻璃基底用超纯水将表面进行冲洗，去除表面的蚀刻溶液b残留；
步骤8：采用丙酮对完成步骤7后的玻璃基底采用超声波清洗t3时间去除玻璃基底表面残留的正光刻胶；
步骤9：用清水冲洗完成步骤8的玻璃基底。
优选地，所述干燥气体为氮气。
优选地，所述t1、t2和t3分别为10分钟、22小时和30分钟。
优选地，所述浓度a为0.5mol/L。
优选地，所述蚀刻溶液b为能与玻璃反应的碳酸氢钠溶液。
优选地，所述温度C为110摄氏度。
本发明具有以下有益效果：
1、实现粗糙超亲水条带和光滑亲水部耦合，解决了镜片上除雾微结构在无水雾条件下透光性差，光滑镜片在有水雾环境下由于水雾凝结造成透光性差，透光性和除雾性不能兼顾的技术难题，实现了除雾和增强透光性的良好耦合。
2、采用去除材料加工微结构的方式以使微结构中间的光滑表面可用于微结构的保护，增强了防雾表面的鲁棒性。
3、所采用加工工艺可实现镜片的双面加工，在镜片内外均需要防雾的场合，该技术可同时在镜面内、外两面使用。
4、所采用加工方式简单，适用于大面积加工，对于一般透光性要求的材料具有良好的普适性。
附图说明
图1为本发明的镜片表面微结构俯视图，其中(a)为网状间隔结构，(b)为栅状间隔结构。
图2为本发明的镜片制作过程示意图。
图中：1-超亲水条带，2-亲水部，3-玻璃基底，4-正光刻胶，5-紫外光，6-掩模板。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
一种超亲水/亲水相间的防水雾镜片，所述镜片的基底为玻璃基底3，在所述玻璃基底3表面上蚀刻有多条超亲水条带1，玻璃基底表面上未蚀刻部分形成亲水部2；所述超亲水条带1的宽度和深度均在100nm～1000nm之间；所述超亲水条带1和所述亲水部2间隔排列。
优选地，所述玻璃基底3为二氧化硅基玻璃。
优选地，所述超亲水条带1在玻璃基底3上呈现为网状间隔结构或栅状间隔结构。
优选地，所述镜片为单面防水雾或双面防水雾。
一种超亲水/亲水相间的防水雾镜片的制作方法，包括以下步骤：
步骤1：先后采用去离子水和无水乙醇清洗玻璃基底3各t1时间，去除表面有机污染物，然后用干燥气体吹干；
步骤2：将预设计的二维网状掩模版图印刷在掩膜板6上；
步骤3：将正光刻胶4涂覆在完成步骤1的玻璃基底上，形成一层均匀的光刻胶膜；
步骤4：将掩膜板6平行放置于完成步骤3的玻璃基底3上，与玻璃基底3接触；再用紫外光5直接照射在掩膜板6上进行显影；
步骤5：配置浓度为a的蚀刻溶液b；
步骤6：将完成步骤4后的玻璃基底3放入蚀刻溶液b中，温度C下加热t2时间；
步骤7：将完成步骤6后的玻璃基底3用超纯水将表面进行冲洗，去除表面的蚀刻溶液b残留；
步骤8：采用丙酮对完成步骤7后的玻璃基底3采用超声波清洗t3时间去除玻璃基底3表面残留的正光刻胶4；
步骤9：用清水冲洗完成步骤8的玻璃基底3。
优选地，所述干燥气体为氮气。
优选地，所述t1、t2和t3分别为10分钟、22小时和30分钟。
优选地，所述浓度a为0.5mol/L。
优选地，所述蚀刻溶液b为能与玻璃反应的碳酸氢钠溶液。
优选地，所述温度C为110摄氏度。
具体实施例：
如图1所示，超亲水条带如图中的交错方法进行交织，呈现网状间隔结构或栅状间隔结构，由纳米级粗糙超亲水条带和光滑亲水部交织形成，在实现防雾功能的同时，可实现较好的光线透过率。
如图2所示，先后采用去离子水和无水乙醇清洗玻璃基底各10分钟，去除表面有机污染物，然后用氮气吹干。再将使用软件设计的二维网状掩模版图印刷在掩膜板上。采用掩膜法，在玻璃基底上涂覆正光刻胶，在掩模板的掩膜作用下，采用紫外光照射进行显影，显影过程中光刻胶在掩模的作用下产生与掩模相同图案形状的光刻胶掩膜；显影完成之后拿掉掩模版，将带有光刻胶掩膜的玻璃基底放入0.5mol/L的碳酸氢钠溶液中，在高压釜中在110℃下加热22小时，反应完以后其表面可生成尺度为百纳米级的微结构；反应完成后，将带有光刻胶掩膜的玻璃基底取出并用水进行冲洗，将表面的碳酸氢钠残留溶液清洗干净；清洗完成之后采用丙酮对带有光刻胶掩膜的玻璃基底进行超声清洗，清洗时间为30分钟左右，直至清洗干净，再用清水冲洗即可得到防水雾镜片。
Claims (10)
1.一种超亲水/亲水相间的防水雾镜片，其特征在于，所述镜片的基底为玻璃基底，在所述玻璃基底表面上蚀刻有多条超亲水条带，所述玻璃基底表面上未蚀刻部分形成亲水部；所述超亲水条带的宽度和深度均在100nm～1000nm之间；所述超亲水条带和所述亲水部间隔排列。
2.根据权利要求1所述的一种超亲水/亲水相间的防水雾镜片，其特征在于，所述玻璃基底为二氧化硅基玻璃。
3.根据权利要求1所述的一种超亲水/亲水相间的防水雾镜片，其特征在于，所述超亲水条带在玻璃基底上呈现为网状间隔结构或栅状间隔结构。
4.根据权利要求1所述的一种超亲水/亲水相间的防水雾镜片，其特征在于，所述镜片为单面防水雾或双面防水雾。
5.一种超亲水/亲水相间的防水雾镜片的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：先后采用去离子水和无水乙醇清洗玻璃基底各t1时间，去除表面有机污染物，然后用干燥气体吹干；
步骤2：将预设计的二维网状掩模版图印刷在掩膜板上；
步骤3：将正光刻胶涂覆在完成步骤1的玻璃基底上，形成一层均匀的光刻胶膜；
步骤4：将掩膜板平行放置于完成步骤3的玻璃基底上，与玻璃基底接触；再用紫外光直接照射在掩膜板上进行显影；
步骤5：配置浓度为a的蚀刻溶液b；
步骤6：将完成步骤4后的玻璃基底放入蚀刻溶液b中，温度C下加热t2时间；
步骤7：将完成步骤6后的玻璃基底用超纯水将表面进行冲洗，去除表面的蚀刻溶液b残留；
步骤8：采用丙酮对完成步骤7后的玻璃基底采用超声波清洗t3时间去除玻璃基底表面残留的正光刻胶；
步骤9：用清水冲洗完成步骤8的玻璃基底。
6.根据权利要求5所述的一种超亲水/亲水相间的防水雾镜片的制作方法，其特征在于，所述干燥气体为氮气。
7.根据权利要求5所述的一种超亲水/亲水相间的防水雾镜片的制作方法，其特征在于，所述t1、t2和t3分别为10分钟、22小时和30分钟。
8.根据权利要求5所述的一种超亲水/亲水相间的防水雾镜片的制作方法，其特征在于，所述浓度a为0.5mol/L。
9.根据权利要求5所述的一种超亲水/亲水相间的防水雾镜片的制作方法，其特征在于，所述蚀刻溶液b为能与玻璃反应的碳酸氢钠溶液。
10.根据权利要求5所述的一种超亲水/亲水相间的防水雾镜片的制作方法，其特征在于，所述温度C为110摄氏度。
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