KR102163820B1 - 초친수성 유리재를 제조하기 위한 이온 빔 처리 방법 - Google Patents

초친수성 유리재를 제조하기 위한 이온 빔 처리 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102163820B1
KR102163820B1 KR1020157025709A KR20157025709A KR102163820B1 KR 102163820 B1 KR102163820 B1 KR 102163820B1 KR 1020157025709 A KR1020157025709 A KR 1020157025709A KR 20157025709 A KR20157025709 A KR 20157025709A KR 102163820 B1 KR102163820 B1 KR 102163820B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
ions
amount
unit area
per unit
acceleration voltage
Prior art date
Application number
KR1020157025709A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20150143443A (ko
Inventor
데니스 버사르도
프레드릭 게르나렉
Original Assignee
아이오닉스 프랑스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 아이오닉스 프랑스 filed Critical 아이오닉스 프랑스
Publication of KR20150143443A publication Critical patent/KR20150143443A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102163820B1 publication Critical patent/KR102163820B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C23/00—Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments
    • C03C23/0005—Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments by irradiation
    • C03C23/0055—Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments by irradiation by ion implantation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C23/00—Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments
    • C03C23/008—Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments comprising a lixiviation step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C3/00—Glass compositions
    • C03C3/04—Glass compositions containing silica
    • C03C3/076—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
    • C03C3/083—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing aluminium oxide or an iron compound
    • C03C3/085—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing aluminium oxide or an iron compound containing an oxide of a divalent metal
    • C03C3/087—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing aluminium oxide or an iron compound containing an oxide of a divalent metal containing calcium oxide, e.g. common sheet or container glass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/48—Ion implantation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/58—After-treatment
    • C23C14/5826—Treatment with charged particles
    • C23C14/5833—Ion beam bombardment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/58—After-treatment
    • C23C14/5846—Reactive treatment
    • C23C14/5853—Oxidation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/58—After-treatment
    • C23C14/5846—Reactive treatment
    • C23C14/586—Nitriding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/30—Electron or ion beam tubes for processing objects
    • H01J2237/31—Processing objects on a macro-scale
    • H01J2237/316—Changing physical properties
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/30—Electron or ion beam tubes for processing objects
    • H01J2237/31—Processing objects on a macro-scale
    • H01J2237/3165—Changing chemical properties
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/30—Electron or ion beam tubes for processing objects
    • H01J2237/317—Processing objects on a microscale
    • H01J2237/31701—Ion implantation

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Surface Treatment Of Glass (AREA)
  • Treatments Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
  • Eyeglasses (AREA)

Abstract

본 발명은 유리재의 이온 빔에 의한 처리 방법으로서, 상기 이온들의 가속 전압은 5 kV 내지 1000 kV 사이이며; 상기 유리재의 온도는 유리 전이 온도 이하이고; 물방울의 접촉각을 20° 미만으로 감소시킬 수 있도록, 단위 면적 당 질소(N) 또는 산소(O) 이온들의 양은 1012 ions/cm2 내지 1018 ions/cm2의 범위이며; 초친수성 처리의 내구성을 강화시킬 수 있도록, 아르곤(Ar), 크립톤(Kr) 또는 제논(Xe) 이온들로 전처리가 수행되는 처리 방법을 제공한다. 따라서, 오랜 기간의 초친수성 유리가 유용하게 얻어진다.

Description

초친수성 유리재를 제조하기 위한 이온 빔 처리 방법 {Ion Beam Treatment Method for Producing Superhydrophilic Glass Materials}
본 발명의 주제는 이온 빔에 의한 유리재(glass material)의 처리를 위한 방법으로서, 오랜 기간에 걸쳐 미스트(mist)의 형성을 상당히 감소시키는데 목적이 있다. 본 발명의 방법은 유리 기재로서, 예를 들어, 거울, 렌즈 또는 판유리(sheet glass)와 같은 투명한 유리 기재의 표면에 대해, 상기 표면이 친수성, 실질적으로, "초친수성(superhydrophilic)" 특성들을 얻도록 하기 위해 적용된다.
이러한 표면이 45° 미만인 물방울의 접촉각을 특징으로 하는 경우, 표면은 친수성 특성들을 나타내는 것으로 여겨진다.
이러한 표면이 20° 미만, 예를 들어 10° 미만인 물방울의 접촉각을 특징으로 하는 경우, 표면은 "초친수성" 특성들을 나타내는 것으로 여겨진다. 이러한 조건들 하에서, 상기 표면은 특히, 흐림 방지(antifogging) 특성들을 나타낸다.
추운 계절 동안, 차량의 앞 유리(windscreen) 및 창들, 건축용 유리들(structural glasses), 및 안경은 표면이 주위 환경의 노점 온도(dew temperature)보다 낮은 온도에 놓여져, 미스트에 의해 뒤덮인다는 것은 잘 알려져 있다. 그 후, 요구되는 가시 조건들에 따라 심각한 문제를 초래하는 수분의 응축액이 형성된다. 이러한 문제점은 표면을 덮는 미세 물방울들을 통한 빛의 반사에 의해 나타나며, 이미지들의 변형을 초래하고, 가시성(visibility)의 손실을 낳는다. 이러한 시각적 문제점은 예를 들어, 길에서의 사고의 위험을 증가시키거나, 치아 거울(dental mirror) 또는 내시경 렌즈들을 사용하는 경우의 의료 진단을 망칠 수 있다.
앞 유리 닦개들과 같은 기계적 부품은 앞 유리 상에 위치한 미스트를 제거할 수 있다. 친수성 또는 소수성(hydrophobic) 화학 약품 역시, 미스트의 생성을 방지하기 위해 표면에 적용될 수 있다. 그러나, 이러한 화학 약품은 제거를 유발하기에 충분할 만큼 물로 반복적으로 세척되어, 제한된 시간에 효과를 가지고 있다.
방법들은 표면 친수성 또는 소수성을 극복하기 위해 존재한다.
표면에 고분자 친수성을 제공하는 높은 농도의 산기(acid radical)를 형성하기 위해, 자외선에 노출된 이후, 알칼리 수용액(aqueous alkaline solution)에 담지되는 고분자 층으로 피복된 거울에 대한 제 1 흐림 방지 방법에 대해 설명할 것이다. 그러나, 상기 고분자의 표면은 오염 물질로 덮이게 되고, 이에 따라, 그것의 친수성 특성들을 점차 잃게 된다. 그 후, 비교적 단기간에 걸쳐 고분자를 파괴할 수 있는 세척이 필요하다.
고분자 층에 대해 친수성 그룹들을 포함하는 모노머들, 소수성 그룹들을 포함하는 또 다른 모노머들의 접목으로 구성되는 제 2 방법에 대해 설명할 것이다. 이러한 조건들 하에서, 물방울의 접촉각은 50° 이하로 떨어지지 않으며, 사실 충분한 흐림 방지 능력들을 발휘하지 못한다.
또 다른 방법은 UV 광의 영향 하에서, 곰팡이 억제 및 먼지 반발 특성들과 함께, 친수성, 실질적으로 초친수성 특성들을 향상시키는 광촉매 기능(photocatalytic function)을 발휘하는 금속 산화물(TiO2, SnO2, ZnO, Fe2O3) 층을 수십 나노 미터, 실질적으로 수백 나노 미터의 두께로 증착하는 것으로 이루어진다. 그러나, 이러한 친수성, 실질적으로 초친수성은, 만일 상기 표면이 예를 들어, 비교적 오랜 시간 동안 어둠 속에 놓이지 않을 경우, 시간이 지날수록 적게 표시될 수 있다. 따라서, 친수성 표면 특성은 빛의 강도, UV 영역에 위치한 그것의 파장 및 광촉매의 광활성화(photoactivation) 기간에 의해 결정된다. 매우 짧은 시간에 걸친 UV 광의 매우 낮은 강도는 효과적인 흐림 방지 특성들에 요구되는 시간에도 불구하고, 표면이 충분히 친수성 특성들을 갖지 못하게 방해할 수 있다. 좀 더 상세하게 설명하면, 광촉매의 개념은 아나타제(anatase) 결정학적 다양성 측면에서, 이산화티탄 재료와 밀접하게 관련되어 있다. TiO2는 적절한 파장의 방사선 영향 하에서, 라디칼 반응들을 활성화시켜, 유기농 제품들의 산화를 일으킬 수 있는 반도체이다. TiO2는 두 에너지 레벨들 사이에 약 3.2 Ev의 갭을 포함하고 있으며, 플랑크 관계식 E=hν에 따른 결과로서, 387 nm 이하의 파장을 갖는 광자들만 촉매 광산화 반응(catalytic photooxidation reaction)에서 활성화될 것이다. 이러한 방사선은 광촉매의 확장이 제한된 시간동안 유지되어, 결과적으로, UV 영역 근방에 속한다. 현실적인 관점에서, 이러한 광촉매들은 유리재 상에 약 200 nm의 실리카 층으로 증착된다.
"유리"는 유리 전이 현상을 나타내는 비결정질(무정형) 고체를 의미하는 것으로 이해된다. 유리는 일반적으로 단단하고, 잘 부서지며, 종종 투명하고 전기적으로 절연되어 있다. 일반적으로, 유리는 모래를 생산하기 위한 주요 구성 성분인 산화 규소(실리카; SiO2)와 플럭스들(fluxes)로 구성되어 있다. 유리의 모든 종류들 중에서, 가장 흔한 것이 실리카, 소다 및 석회로부터 주로 얻어지는 소다 석회 유리(soda-lime glass)이다. 매우 높은 그것의 유리 전이 온도 하에서, 유리는 유리질 상태(glassy state)로 존재한다.
이는, 상당한 양과 합리적인 비용으로 유리재들을 제공할 수 있기 위하여, 바람직하게는 산업적으로 용이하게 운용될 수 있는 방법으로, 매우 오랜 기간에 걸쳐 친수성, 실질적으로 초친수성(흐림 방지), 기계적 응력에 대한 저항, 밝기 조건들에 대한 둔감성 및 그것이 요구하는 어느 순간에도 효과적인 특성들을 도입하기 위한 유리재들의 표면 처리 방법에 대한 필요성을 야기하였다.
본 발명의 목적은 비교적 저렴하고, 다양한 응용물들의 요구에 대응하여 표면을 처리할 수 있는 유리재의 처리를 위한 방법을 제공하는 것이다.
따라서, 본 발명은 이온 충격으로 구성되어 있는 이온 빔에 의한 유리재의 처리를 위한 방법을 제공하는 바, 상기 방법에서,
이온 빔의 이온들은 질소(N) 및 산소(O)로 이루어진 군의 원소들의 이온들로부터 선택되고;
상기 이온들의 가속 전압(acceleration voltage; AV)은 5 kV 이상 내지 1000 kV 이하이며;
상기 유리재의 온도는 유리 전이 온도 이하이고;
단위 면적 당 이온들의 양은, 유리재의 표면 특성들을 45° 미만의 물방울의 접촉각에 의해 특징지어지는 보다 친수성(보다 습윤성) 있는 방향으로, 실질적으로 20° 미만, 상세하게는 10° 미만의 물방울의 접촉각에 의해 특징지어지는 초친수성 방향으로 수정할 수 있도록, 1012 ions/cm2 내지 1018 ions/cm2의 범위에서 선택된다.
본 발명에 따른 이온들 및 이러한 이온들의 충격 조건들의 선택은, 처리된 유리재의 접촉각의 감소 및 표면 에너지의 증가에 의해 나타나는 유리재의 친수성에 대한 증가를 유리하게 얻는 것을 가능하게 한다. 이러한 특성들은 차량의 앞 유리, 스펙타클 렌즈, 광학 장비의 렌즈 또는 거울들, 또는 건물의 창들 상에서 미스트의 생성을 감소시키는데 매우 중요하다. 흐림 방지 특성은 미스트 형태에서 수분의 응축액의 생성을 둔화, 감소 또는 방지데 있어, 유리재의 습성과 품질을 나타낸다.
놀랍게도, 본 발명자들은 가속 전압 및 단위 면적 당 이온들의 양에대해 본 발명에 따라 선택된 범위들은 흐림 방지 특성들과 관련하여, 초친수성(20° 미만, 실질적으로 10° 미만의 물방울의 접촉각에 의해 특징지어 진다)을 향한 친수성의 보강이 이온 충격 때문에 가능한 실험 조건들을 선택할 수 있게 해준다는 것을 발견할 수 있었다.
또한, 흐림 방지 특성들을 제공하는 이러한 초친수성은 광학 섬유의 광학 클래딩(optical cladding)의 표면 에너지를 증가시키고, 이에 따라, 광학 클래딩을 감싸는 보호 클래딩(고분자로 이루어져 있다)의 접착력을 개선하는 데에 매우 유리함을 입증할 수 있다.
또한, 유리 주사기 몸체의 엘라스토머 피스톤(elastomer piston)의 미끄러짐을 향상시키기 위한 친수성, 실질적으로 초친수성 특성들을 기대할 수 있다.
또한, 그들은 본 발명에 따른 방법이 "저온 조건들 하에서", 특히 상온에서 수행될 수 있으며, 이는 상기 방법을 수행하는 동안 유리재의 온도를 유리재의 전이값 이하로 유지하는데 바람직하다는 것을 발견할 수 있었다. 따라서, 유리재는 그 몸체 내에서 그것의 기계적 특성들에 해로운 결정학적 변화가 이루어지는 것이 방지될 수 있다.
본 발명에 따른 양의 범위 내에서, 단위 면적 당 이온들의 양의 선택은 예상된 유리재로 이루어진 샘플이 N 또는 O로부터의 이온들 중 어느 하나로 충격 되어지는 앞선 교정 단계(calibration stage)에서 유래될 수 있다. 이러한 유리재의 충격은 본 발명에 따른 범위 내에서, 다수의 이온 양으로 상기 재료의 다양한 영역에서 수행될 수 있으며, 상기 처리된 영역들은 유리재와 물방울의 접촉각, 또는 수평면에 대해, 상기 샘플을 기울임으로써 얻어진 이 동일한 방울의 최소한의 분리각(detachment angle)의 함수로서 적절한 양을 선택하기 위해 관찰된다. 이러한 최소한의 분리각을 넘으면, 상기 물방울은 미끄러지고, 다른 물방울들과 그것의 경로로 합쳐져, 미스트를 구성하는 수분 응축액과 함께 비말 동반 및 제거(entraining and removing)된다.
따라서, 상기 처리된 영역들은 테이블 상에 위치한 유리재의 평면에서 촬영된 물방울의 사진, 또는 유리재 상에서 이동하는 물방울로부터의 경사각의 기록과 같은 간단한 관찰 기술들에 의해 관찰될 수 있다.
어느 하나의 과학적 이론에 치우치고자 하는 것은 아니나, 이러한 현상은 유리재 내의 입사 이온(incident ion)에 의해 형성된 화학적 결합들의 특성에 의해 설명될 수 있을 것으로 생각된다. 상기 입사 이온은 바람직하게는 표면 에너지를 증가시키고, 이에 따라 초기 극성의 특성을 증가시키는 높은 극성 결합들을 형성하며 규소와 재결합한다. 놀랍게도, 본 발명자들은 이후 재료가 극성, 다시 말해 초친수성(20° 미만, 실질적으로 10° 미만인 물방울의 접촉각)에 이르는 점에 대한 양 및 주입 에너지에 따라 강화될 수 있는 특성인 친수성을 띤다는 점을 발견할 수 있었다.
광 노출 조건들에 독립적인 흐림 방지 특성들과 관련된 초친수성 특성들의 강화 이외에, 본 발명의 방법은 마이크론(micron) 단위의 두께를 넘어 유리재의 표면을 강화시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 방법은 환경의 기계적 응력에 대해 표면 저항을 증가시키는 이점을 발휘한다.
또 다른 실시예들에 따르면,
상기 유리재는 사전 이온 충격 처리가 실시되지 않으며;
상기 유리재는 Ar, Kr 또는 Xe과 같은 신규 이온들로 전처리된다. 이러한 전처리는 바람직한 원자 스퍼터링 장치(atomic sputtering mechanism)에 의해, 나트륨(Na)과 같은 알칼리 금속 이온들 내에서, 약 200 nm 두께의 주입 영역을 감소시키고, 이에 따라 고갈 영역(depletion region)을 형성하는 효과를 포함하고 있다. 이러한 고갈 영역은 침출 방법들(leaching processes)에 대해 적게 반응한다는 특성을 포함하고 있다.
후자의 실시예에 따르면, 소다-석회 유리재는 아르곤(Ar), 크립톤(Kr) 및 제논(Xe)으로 이루어진 군의 원소들에 속하는 무거운 신규 이온들로 앞서 처리된다. 이러한 전처리는 유리의 침출 현상을 감소시키는데 긍정적인 나트륨(Na) 고갈 영역을 형성하는 역할을 한다. 이는 산화 유리가 일반적으로 부식에 대해 좋은 저항을 발휘한다는 점을 상기해야 하기 때문이다. 그럼에도 불구하고, 유리를 풍화(weather)시키는 방법은 상이한 pH 값의 배쓰(baths)에 후자를 적용함으로써 변형될 수 있다. 산성 침출 용액의 경우에서, 이온(알칼리 금속 이온/수소 종) 교환의 메커니즘이 유리와 배쓰 사이에 일어난다. 따라서, 상기 유리의 표면에는 비알칼리화된 층(dealkalinized layer)으로 이루어진 얇은 풍화 필름(weathering film)이 형성된다. 이러한 층은 기본 건강한 유리보다 낮은 굴절률로 특징지어 진다. 반면에, 상기 굴절률의 감소는 유리로부터 알칼리 금속 이온들의 이탈뿐만 아니라, 기공의 출연과 관계 있다. 이러한 부피들은 이러한 이온들의 이탈에 의해 매트릭스 내에 남은 캐비티들에 의존한다. 상기 침출 현상은 유리의 표백(bleaching)에 의해 나타난다. 표면에서, 나트륨의 잔류 감소는 기공들의 출연의 감소에 의해 나타난다.
본 발명자들은 소다-석회 유리의 초기 및 처리된 샘플들을 상온(20℃)에서, pH = 1의 염산(hydrochloric acid; HCl) 용액 내에 담지 시킴으로써, 상이한 담지 시간에 따라, 그것들의 담지 전후의 상이한 중량에 대한 미량 중량 분석 칭량(microgravimetric weighing)에 의해 부식 시험들을 수행하였다. 상기 샘플들은 1016 및 1017 ions/cm2의 두 가지 양들에 따라, 다전하 아르곤(Ar) 이온들(Ar+, Ar2+, Ar3+, Ar4+, Ar5+)의 빔으로 처리되었으며, 각각의 강도는 2, 1.29, 0.6, 0.22 및 0.11 mA이다. 이러한 다전하 이온들은 40 kV(킬로볼트)의 전압으로 추출되었다. 규소(Si), 산소(O) 및 나트륨(Na) 유리의 표면 화학양론적 조성(stoichiometric composition)은 처리 전후 및 염산(HCl)에의 담지 이전에 XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy)에 의해 분석되었다. 이러한 결과들은 각 칭량에 앞서, 표 a에 기록되었으며, 염산(HCl)에 담지된 샘플들은 증류수(distilled water)로 세척 및 건조되었다.
Figure 112015090878765-pct00001
상기 XPS 증명에 의해 얻어진 결과들은 아르곤(Ar) 이온 충격에 의한 효과 하에서, 나트륨(Na)의 표면 고갈 농도가 6.13%로부터 3.69%로, 그 후 0.92%로 변화됨을 보여준다.
본 발명자들은 동일한 초기 유리와 두 가지의 양들인 1016 및 1017 (Ar ions/cm2)에 따라 처리된 유리에 대해 표 b에 기록하였으며, 상기 샘플들의 중량은 그램(gram)으로 표시되었고, HCl 용액에의 상이한 담지 기간은 일(day)로 표시되었다. 미량 천칭(microbalance)은 100 마이크로그램의 정확도를 포함하고 있다.
Figure 112015090878765-pct00002
이러한 결과들을 바탕으로, 중량의 감소에 대응하는 부식률은 처리된 유리에 대해 초기 유리보다 낮다는 점이 명확하다. 따라서, 실질적으로 나트륨(Na)의 고갈과 부식에 대한 저항의 증가 사이의 상관관계가 존재한다. 도 4는 30일 이상의 기간에 걸친 이러한 경향을 보여준다.
본 발명자들은 이러한 결과들을 크립톤(Kr) 및 제논(Xe)과 같은 모든유형의 무거운 이온들로 추론하고자 시도하였다. 알칼리 금속들(나트륨)의 고갈, 이 고갈 영역의 형성 및 확장의 진행 및 경향을 대략적으로 평가하기 위해, 본 발명자들은 중량의 감소(샘플의 충격 전후에 미량 중량 분석 칭량되었다)에 의해 실험적으로 측정된 소다-석회 유리의 중량에 의한 스퍼터링의 평균 정도 및 이온의 유형, 그것들의 에너지 및 수용량의 함수로서, 유리의 조성에 참여하는 상이한 원자 종과 관련된 스퍼터링 정도에 관한 실험적 데이터를 바탕으로 반경험적 모델(semiempirical model)을 개발하였다(데이터는 제임스 지글러에 의한 "Stopping and Range Ions in Matter" (SRIM) 작업에 수집되었다). 이러한 모델에서, 본 발명자들은, 유리의 외부로 스퍼터된 원자들이 모두 유리 내에서 입사 이온의 이동 영역으로부터 유래하였으며, 스퍼터된 두께가 이온의 이동 두께 보다 커지는 고정 스퍼터링 조건들이 달성되었을 때, 유리의 조성에 참여한 각각의 원자적 성분들과 관련된 스퍼터링의 실험 정도와 조우한다는 사실을 포함시켰다. 이 모델의 이점에 의해, 본 발명자들은 고정 스퍼터링 조건들에 도달하기에 앞서, 소다 석회 감소 매카니즘이 경쟁하는 부위에서 고갈 영역이 점차 발생하며, 그것의 효과는 유리의 중량의 전체적인 스퍼터링에 의해 점차 사라진다는 것을 설명할 수 있었다. 고정 조건들이 달성되었을 때, 알칼리 금속 이온들에 대한 농도 프로파일은 최초 농도보다 낮은 농도를 제공하도록, 안정된다.
이러한 반경험적 모델을 사용하고, 표 c에 주어진 소다-석회 유리의 평균 초기 화학양론적 조성을 기본으로 취함으로써, 본 발명자들은 Ar 또는 Xe의 무거운 이온들로 충격된 이러한 소다-석회 유리에 대해, 세 가지 상이한 에너지들 및 상이한 양들에 따라 하기 추정 결과들을 얻었다.
Figure 112015090878765-pct00003
Figure 112015090878765-pct00004
이러한 반경험적 모델로부터, 10 내지 100 keV 사이의 에너지들에 대해, 나트륨(Na) 이온들의 중요한 감소를 얻고, 이에 따라, 하기에 위치한 양들을 선택함으로써, 침출에 대한 저항이 강화될 가능성이 존재해야 한다는 점이 표 d로부터 전체적으로 나타난다.
● 아르곤(Ar) 충격에 대해, 바람직하게는 5.1016 내지 5.1017 ions/cm2 사이,
● 제논(Xe) 충격에 대해, 바람직하게는 5.1015 내지 5.1016 ions/cm2 사이,
● 외삽법(extrapolation)에 의해, 1016 내지 1017 ions/cm2 사이의 범위가 크립톤(Kr)에 대해 주어질 것이다.
따라서, 본 발명의 방법에 따라 처리된 초친수성 표면들은, 하기 3중의 이점을 발휘한다:
● 오랜 기간에 걸쳐, 밝기 조건의 미스트의 형성을 독립적으로 억제.
● 수막을 제공하기 위해 합쳐지는 물방울들을 확산시켜, 보다 빠른 증발을 유도.
● 미세한 경사면 상에 위치한 물방울들을 보다 빠르게 분리.
도 1은 평면 상에 평형인 물방울을 나타낸 모식도이다;
도 2는 분리각의 측정을 가능하게 하는 장치를 나타낸 모식도이다;
도 3 및 4는 1.7 × 1016 및 1.7 × 1017 ions/cm2의 각 양에 따른 아르곤(Ar) 이온 빔의 충격 이후의 나트륨(Na) 원자 농도 프로파일이다;
도 5는 육면체 샘플들(2 × 2 cm, 0.4 cm의 두께)의 부식 두께의 30일이 넘는 오랜 기간에 걸친 변화를 나타낸 그래프이다.
본 발명자들은 다전하 아르곤(Ar+) 이온들에 대해 얻어진 효과와 결합함으로써, 다전하 이온들의 실제 빔에 대해 이러한 반경험적 모델을 추론하였다. 다전하 Ar+, Ar2+, Ar3+, Ar4+ 및 Ar5+ 이온들로 구성된 이온들의 빔에 대해, 각 강도는 2, 1.29, 0.6, 0.22 및 0.11 mA이고, 35 kV(킬로볼트)로 추출되었으며, 각 에너지들은 35, 70, 105, 140 및 175 keV(킬로전자-볼트)이다. 본 발명자들은 두 주입 양들 1.7 × 1016 및 1.7 × 1017 ions/cm2에 따라, 알칼리 금속 이온 Na의 농도를 추정할 수 있었다. 도 3 및 4는 1.7 × 1016 및 1.7 × 1017 ions/cm2의 각 양에 따른 아르곤(Ar) 이온 빔의 충격 이후의 나트륨(Na) 원자 농도 프로파일을 보여준다. 상기 농도 프로파일은 가장 작은 에너지의 아르곤 이온들(Ar+)로부터 가장 큰 에너지의 아르곤 이온들(Ar5+)까지 관통하는 한도를 표시하는 안정된 시리즈를 나타낸다. 깊이에 대응하는 가로 좌표는 옹스트롱(A)으로 표시되고, 세로 좌표는 원자 농도(%)로 표시된다. 1.7 × 1017 ions/cm2의 양에 대해, 나트륨(Na)의 농도는 10%의 초기량부터 약 0.16 마이크론의 깊이를 초과하는 2%의 잔여량으로 변화되며, 급격하게 감소된다는 점이 발견되었다. 이러한 반경험적 결과들은 XPS 분석에 의해 얻어진 결과들에 의해 실험적으로 모두 유효하다는 점이 관찰될 수 있다. 35 kV로 추출된 약 1017 Ar ions/cm2의 양에 대해, XPS에 의해 실험적으로 측정된 나트륨(Na)의 잔여 농도는 10%의 초기 농도에 대한 반경험적 모델에 의해 예측된 2%의 잔여 농도와 비교하여, 6.13%의 초기 농도에 대해, 0.92%와 동일하다는 점이 상기되어야 한다. 따라서, 이러한 결과들은, 양의 범위의 선택이 나트륨(Na)의 농도를 상당히 감소시키고 부식에 대한 저항을 증가시기 위해 크립톤(Kr) 및 제논(Xe)에 대해 본 발명자들에 의해 얻고 제안되었다는 점을 입증한다.
도 5는 육면체 샘플들(2 × 2 cm, 0.4 cm의 두께)의 부식 두께의 30일이 넘는 오랜 기간에 걸친 변화를 나타낸다: 하나의 샘플은 어떠한 처리 대상도 형성되지 않은 기준 샘플이고, 두 개의 샘플들은 1016 내지 1017 Ar ions/cm2와 동일한 두 개의 각 양들에 따라, 40 keV의 에너지의 아르곤(Ar) 이온들로 일면 만이 처리되었다. 이러한 유리 샘플들은 상온(25℃)에서 pH = 1인 동일한 HCl 용액에 담지되었다. 그것들의 부식된 두께는 중량 감소의 측량으로부터 측정되었다. 가로 좌표의 축은 일로 표시되는 담지 기간을 나타내고, 세로 좌표의 축은 마이크로미터(㎛)로 표시되는 부식 두께를 나타낸다. 1017 Ar ions/cm2의 양으로 처리된 샘플의 부식에 대한 저항은, 그 자체가 기준 샘플에 비해 큰 1016 Ar ions/cm2의 양으로 처리된 샘플에 비해 크다는 점이 발견되었다.
무거운 이온들로 전처리함으로써, 유리의 침출에 대한 저항을 강화하는 것은 질소(N) 또는 산소(O)로 처리함으로써 얻어진 초친수성의 내구성 증가를 촉진시키기만 한다. 매우 긴 기간의 초친수성 층의 형성이 가능하도록 하기 위해, 본 발명자들은 임의의 침출 방법에 대한 표면의 반응성을 감소시킬 목적으로, 상기 기재된 양의 범위 내에서, Ar, Kr 또는 Xe의 무거운 이온들의 충격에 의한 이러한 전처리를 제안한다.
유리재의 친수성 특성들을 향상시키기 위해 서로 결합될 수 있는 본 발명의 처리 방법의 다양한 실시예들에 따라:
단위 면적 당 이온들의 양은 1015 ions/cm2 내지 1018 ions/cm2 사이; 또 다른 실시예에 따라, 단위 면적 당 이온들의 양은 1015 ions/cm2 내지 1017 ions/cm2 사이; 또 다른 실시예에 따라, 단위 면적 당 이온들의 양은 5.1015 ions/cm2 내지 1018 ions/cm2 사이이고;
상기 이온들의 가속 전압은 5 kV 이상 내지 200 kV 사이; 또 다른 실시예에 따라, 상기 이온들의 가속 전압은 10 kV 내지 100 kV 사이; 상기 이온들의 가속 전압은 10 kV 내지 50 kV 사이; 상기 이온들의 가속 전압은 20 kV 내지 40 kV 사이이며;
단위 면적 당 이온들의 양과 이온들의 가속 전압은 표면 원자 농도가 질소에 대해 0.1%의 원자 농도 임계값 및 산소에 대해 2.5%의 원자 농도 임계값 이상이 되도록 결정되고;
이온 빔의 이온들은 질소(N)이고, 가속 전압 AV는 10 kV 이상이며, 단위 면적 당 이온들의 양은 DNmin = (AV/20)2 값 이상(여기서, DNmin은 1016 ions/cm2으로 표현되고, 가속 전압 AV는 kV로 표현됨)이거나, 또 다른 이온 빔의 이온들은 산소(O)이고, 가속 전압 AV는 10 kV 이상이며, 단위 면적 당 이온들의 양은 DOmin = 10.(AV/20)1.5 값 이상(여기서, DOmin은 1016 ions/cm2으로 표현되고, 가속 전압 AV는 kV로 표현됨)이며;
상기 이온들은 다전하 이온들을 생산하며, 콤팩트하며, 에너지 절약의 이점을 갖는 전자 사이클로트론 공명(electron cyclotron resonance; ESR) 소스에 의해 생산되고;
상기 유리재는 소다-석회 유리들의 군으로부터 선택된다.
하나의 실시예에 따르면, 단위 면적 당 이온들의 양은 1015 ions/cm2 내지 1017 ions/cm2 사이이고, 상기 이온들의 가속 전압은 10 kV 내지 50 kV 사이, 예를 들어 20 kV and 40 kV 사이이다.
하나의 실시예에 따르면, 본 발명의 친수성 처리 방법은 단위 면적 당 이온들의 양과 이온들의 가속 전압이 결정되는 예비 단계로서,
a) 10 kV 내지 100kV 사이에서 이온들의 가속 전압이 선택되는 단계;
b) 1015 ions/cm2 내지 1017 ions/cm2 사이에서 단위 면적 당 이온들의 양이 선택되는 단계;
c) 본 발명에 따른 처리가 상기 선택된 조건들 하에서 수행되는 단계;
d) 이와 같이 처리된 유리재 상의 물방울의 접촉각을 측정하는 단계;
e) 상기 측정 접촉각을 소망하는 접촉각에 대한 값과 비교하는 단계;
f) 상기 측정 접촉각이 소망하는 접촉각에 대한 값 클 경우, 앞서 사용된 단위 면적 당 이온들의 양에 대해 2배로 본 발명에 따른 처리를 다시 수행하는 단계;
g) 소망하는 접촉각에 대한 값 이하인 측정 접촉각을 얻기 위하여 단위 면적 당 이온들의 양 및 이온들의 가속 전압이 결정될 때까지, 상기 c 단계 내지 f 단계가 반복되는 단계;
를 포함한다.
하나의 실시예에 따르면, 접촉각에 대해 소망하는 값은 20° 이하로서, 예를 들어 20°와 동일하거나, 15°와 동일하거나, 10°와 동일할 수 있다.
본 발명의 다른 차별적인 특징들 및 이점들은 이하의 구현상의 비제한적인 실시예들의 설명에서 나타날 것이다.
본 발명의 구현상의 실시예들에 따르면, 소다-석회 유리재 샘플들은 일부 샘플들에 대해, 질소 이온들로, 또 다른 샘플들에 대해 산소 이온들로 연구 대상을 형성하였다. 이러한 이온들은 ECR 소스에 의해 방사되었다. 소다 석회 유리들의 군은 실리카(SiO2), 칼슘 및 일반적으로 CaO와 Na2O의 형태로 제조시 도입되는 나트륨(sodium)을 기반으로 유리들을 조합한다. 이러한 유리들은 가장 널리 퍼져 있으며; 그것들은 유리 생산의 90% 단위를 대표하는 병들과 판유리들(glazings)의 제조에 사용된다.
1 mA의 강도를 갖는 질소 이온들의 빔은 N+, N2+ 및 N3+ 이온들을 포함하고; 추출 및 가속 전압은 20 kV이며; 상기 N+의 에너지는 20 keV이고, N2+의 에너지는 40 keV이며, N3+의 에너지는 60 keV이다.
1 mA의 강도를 갖는 산소 이온들의 빔은 O+, O2+ 및 O3+ 이온들을 포함하고; 추출 및 가속 전압은 20 kV이며; 상기 O+의 에너지는 20 keV이고, O2+의 에너지는 40 keV이며, O3+의 에너지는 60 keV이다.
상기 처리된 샘플들은 120 mm/s의 이동 속도 및 각 4 mm(40 mm로 측전된 빔의 직경의 10%)의 각각의 리턴에서 측전진(side advance)을 갖는 빔에 대응하여 이동한다. 상기 처리는 필요한 양을 달성하기 위해 다양한 경로들로 수행된다.
상기 표면의 친수성은 표면 상의 물방울을 위치시킴으로써 측정될 수 있다. 도 1은 평면 상에 평형인 물방울을 나타낸다. 접촉각(A)을 측정함으로써, 물로 표면의 친수성을 수량화하는 것이 가능하다. 낮은 접촉각은 표면의 큰 친수성을 나타낸다. 접촉각이 20° 미만, 예를 들어 10° 미만일 때, 상기 표면은 초친수성이다. 만일, 접촉각이 90°를 초과하는 경우, 상기 표면은 소수성이다.
시험들은 20 kV의 가속 전압으로, 1015, 1016 및 1017 ions/cm2에 대응되는 양에 대해, 본 발명의 방법에 의해 처리된 표면 상에 물방울을 위치시킴으로써 수행되었다. 상이한 양으로 본 발명의 방법에 따라, 질소 이온들 및 산소 이온들로 각각 처리된 유리재 상에 위치한 물방울의 접착각들의 값은 표 1(질소) 및 2(산소)에 주어져 있다.
시험들은 또한, 35 kV의 가속 전압으로, 1015, 1016 및 1017 ions/cm2에 대응되는 양에 대해, 본 발명의 방법에 의해 처리된 표면 상에 물방울을 위치시킴으로써 수행되었으며, 표 1의 두 번째 부분에 주어져 있다.
유리 초기 20 kV에서 1015 ions/cm2 20 kV에서 1016 ions/cm2 20 kV에서 1017 ions/cm2
접촉각 (°) 62 34 9 내지 12 5
유리 초기 35 kV에서 1015 ions/cm2 35 kV에서 1016 ions/cm2 35 kV에서 1017 ions/cm2
접촉각 (°) 62 61 56 40
유리 초기 20 kV에서 1015 ions/cm2 20 kV에서 1016 ions/cm2 20 kV에서 1017 ions/cm2
접촉각 (°) 62 43 29 10
친수성 특성들은 20 kV의 가속 전압에 대해 1015 ions/cm2의 질소 및 산소로 얻어진다는 점이 발견되었다. 친수성 특성들은 35 kV의 가속 전압에 대해 1017 ions/cm2의 질소 및 산소로 얻어진다는 점이 발견되었다. 접촉각은 양에 따라 감소한다. 동일한 양에 대해, 초친수성 특성들(접촉각이 20°, 상세하게는 10° 미만)을 형성하는데에는 산소에 비해 질소가 보다 효과적이다. 20 kV의 가속 전압 및 질소에 대해, 초친수성 특성들은 약 1016 ions/cm2의 양으로부터 명확하게 관찰되었으며; 동일한 가속 전압의 산소에 대해서는 약 10배 이상인 1017 ions/cm2의 양이 필요하다. 따라서, 소다-석회 유리재에 대해서는, 친수성 습성으로부터 흐림 방지 특성들에 특히 관련된 초친수성 습성으로의 변화가 존재한다.
따라서, 본 발명자들은 초친수성 특성을 달성하기 위해 가능한 양의 범위가 존재한다는 것을 설명한다. 이러한 연구에 의해 얻어진 최소한의 양은 20 kV의 가속 전압에 대해, 질소에 대해서는 1016 ions/cm2이고, 산소에 대해서는 1017 ions/cm2이다. 본 발명자들은 전체적으로 주목할만한 친수성 특성들(물방울의 접촉각이 20° 이하)을 달성하기 위한 양의 범위가 20 kV의 가속 전압에 대해, 약 5 × 1015 ions/cm2 및 1018 ions/cm2 사이라고 추정한다.
더욱이, 본 발명자들은 질소 및 산소에 대해, 35 kV 이상의 가속 전압에 대해서는, 초친수성 특성들(물방울의 접촉각이 10° 미만)을 얻기 위해 요구되는 양이 20 kV의 전압에 대해 요구되는 것보다 약 3배 많다는 점을 발견할 수 있었다. 질소에 대해, 상기 양은 약 3 × 1016 ions/cm2이며, 산소에 대해, 상기 양은 약 2.5 × 1017 ions/cm2이다.
20 kV의 전압에 대해, 질소 1016 ions/cm2 및 산소 1017 ions/cm2 의 양은 계산 이후에, 각각 질소에 대해 약 0.1% 및 산소에 대해 약 2.5%의 주입 이온들의 표면 원자 농도에 대응한다.
35 kV의 전압에 대해, 질소 3 × 1016 ions/cm2 및 산소 3 × 1017 ions/cm2 의 양은 계산 이후에, 각각 질소에 대해 약 0.1% 및 산소에 대해 약 2.5%의 주입 이온들의 표면 원자 농도(가장 먼 표면에서)에 대응한다.
이러한 실험 결과들을 바탕으로, 본 발명자들은 표면 원자 농도는 초친수성 효과를 얻기 위해, 질소에 대해 약 0.1% 및 산소에 대해 약 2.5%의 원자 농도 임계값을 초과해야 한다는 점을 계산에 의해 추정하였다. 이러한 초친수성 특성들이 나타나는 것으로부터의 원자 농도 임계값을 바탕으로, 본 발명자들은 주어진 가속 전압에 대해, 이러한 초친수성 특성들을 얻기 위해 요구되는 최소한의 양을 외삽법에 의해 계산할 수 있었다. 이러한 결과들은 질소 및 산소에 대해 하기 테이블에 기록되었다:
질소에 대해, 하기 결과들이 외삽법에 의해 얻어졌다:
Figure 112015090878765-pct00005
10 kV를 초과하는 가속 전압에 대해, 이 테이블로부터 질소 이온들의 최소한의 양으로서, 1016 ions/cm2으로 표현되고, 가속 전압 AV는 kV로 표현되는 DNmin과 연관된 실증적인 식을 도출할 수 있다:
DNmin = (AV/20)2.
산소에 대해, 하기 결과들이 외삽법에 의해 얻어졌다:
Figure 112015090878765-pct00006
10 kV를 초과하는 가속 전압에 대해, 이 테이블로부터 산소 이온들의 최소한의 양으로서, 1016 ions/cm2으로 표현되고, 가속 전압 AV는 kV로 표현되는 DOmin과 연관된 실증적인 식을 도출할 수 있다:
DOmin = 10.(AV/20)1.5
물, 나아가 미스트가 흐르게 하는 표면의 능력은 표면 상에서 물방울의 분리각을 측정함으로써, 평가될 수 있다. 도 2는 상기 분리각의 측정을 가능하게 하는 장치를 나타낸다. 물방울은 표면 상에 위치해 있으며, 수평면에 대응하는 물방울의 경사각은 다양할 수 있다. 각 (A)는 매우 서서히 증가한다. 물방울의 중량 P는 상기 각 (A)가 샘플 상에서 물이 흐르는 능력을 특징짓는 최소한의 분리각 보다 클 경우, 경사각 너머로 물방울이 미끄러지도록 유발하는 효과를 갖는 탄젠셜 포스(tangential force) Fg로 전환된다.
상기 결과들은 이온 빔으로 질소 및 산소에 대해 각각 상기 나타낸 그것들의 특성들로서, 표 3 및 4에 요약되어 있다.
추정량 (1016 N ions/cm2) 최소 분리각 (°)
0 55
0.1 33
1 25
10 15
추정량 (1016 O ions/cm2) 최소 분리각 (°)
0 55
0.1 48
1 32
10 20
본 발명의 방법에 따라 처리된 샘플들은 분리각이 질소에 대한 최초 샘플의 분리각인 40° 및 산소에 대한 35° 보다 작다는 점이 발견되었다. 이는 물방울이 미끄러지도록 유발하기 위해 필요한 힘이 더 낮다는 것을 의미한다. 이 슬라이딩 포스(sliding force) Fg는 슬라이딩 면 상에 투입된 물방울의 중량 P에 대응한다: Fg = P × sin(A). 이러한 법칙을 적용할 때, 최초 샘플에 대한 물방울의 슬라이딩 포스는 P.sin(55°)와 동일하고, 1017 ions/cm2의 양에 대해, P.sin(15°)와 동일한 바, 즉, 처리된 유리재에 대한 물방울의 접착력이 70% 감소하는 것으로 평가된다.
서로 결합될 수 있는 본 발명에 따른 또 다른 실시예에 따라:
상기 유리재는 이온 빔에 대해, 0.1 mm/s 내지 1000 mm/s 사이의 속도 RFP로 이동할 수 있다. 따라서, 상기 샘플들은 빔의 영역보다 큰 크기의 부위들을 처리하기 위해 이동할 수 있다. 전방 진행 속도(rate of forward progression) RFP는 변하지 않거나, 다양할 수 있다. 하나의 실시예에 따라, 상기 유리재는 이동하고, 이온 빔은 고정된다. 또 다른 실시예에 따라, 상기 이온 빔은 유리재를 조사(scan)한다. 상기 이온 빔이 움직일 때, 유리재 또한, 움직일 수 있다. 하나의 실시예에 따라, 유리재의 동일한 부위는 속도 RFP에서, 복수의 경로들 N에 따라, 이온 빔 하에서 이동된다. 따라서, N 경로들의 결론 상에서 이 부위에 의해 수용된 이온들의 양의 합에 대응하는 이온들의 양으로 유리재의 동일한 부위가 처리될 수 있다. 만일, 유리재의 크기가 이를 허여한다면, 처리 단계가 고정될 수 있고 이온들의 하나 또는 그 이상의 플래쉬들로부터 기인할 수 있다는 점 또한, 인식해야 한다.

Claims (17)

  1. 소다 석회 유리재(soda-lime glass material)의 친수성(hydrophilic) 특성들을 향상시키면서 친수성 처리를 지속적으로 강화하기 위한 처리 방법으로서,
    상기 친수성 특성들의 향상은 이온 충격(ion bombardment)으로 구성되어 있으며, 이온 빔의 이온들은 질소(N) 및 산소(O)로 이루어진 군의 원소들의 이온들로부터 선택되고, 상기 이온들의 가속 전압(acceleration voltage; AV)은 5 kV 이상 내지 1000 kV 이하이며, 상기 소다 석회 유리재의 온도는 유리 전이 온도 이하이고, 단위 면적 당 이온들의 양은 1012 ions/cm2 내지 1018 ions/cm2의 범위 이내이며;
    상기 친수성 특성들의 지속적 강화는 이온 충격의 전처리로 구성되어 있으며, 전처리를 위한 이온 빔의 이온들은 아르곤(Ar), 크립톤(Kr) 및 제논(Xe)으로 이루어진 군의 원소들의 이온들로부터 선택되고, 상기 이온들의 가속 전압은 5 kV 이상 내지 1000 kV 이하이며, 상기 소다 석회 유리재의 온도는 유리 전이 온도 이하이고, 단위 면적 당 이온들의 양은 1012 ions/cm2 내지 1018 ions/cm2의 범위에서 선택되는 것을 특징으로 하는 처리 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 친수성 특성들을 지속적으로 강화시키기 위하여, 상기 아르곤(Ar) 이온들의 양의 범위는 cm2 당 5　×　1016 내지 5　×　1017 사이인 것을 특징으로 하는 처리 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 친수성 특성들을 지속적으로 강화시키기 위하여, 상기 크립톤(Kr) 이온들의 양의 범위는 cm2 당 1016 내지 1017 사이인 것을 특징으로 하는 처리 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 친수성 특성들을 지속적으로 강화시키기 위하여, 상기 제논(Xe) 이온들의 양의 범위는 cm2 당 5　×　1015 내지 5　×　1016 사이인 것을 특징으로 하는 처리 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 물방울의 접촉각(contact angle)을 20° 이하의 값으로 감소시키기 위하여, 단위 면적 당 상기 이온들의 양은 5　×　1015 ions/cm2 내지 1018 ions/cm2의 범위에서 선택되는 것을 특징으로 하는 처리 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 단위 면적 당 상기 이온들의 양 및 상기 이온들의 가속 전압은 표면 원자 농도(surface atomic concentration)가 질소에 대해 0.1%의 원자 농도 임계값 및 산소에 대해 2.5%의 원자 농도 임계값 이상이 되도록 결정되는 것을 특징으로 하는 처리 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 이온 빔의 이온들은 질소(N)이고, 가속 전압 AV는 10　kV 이상이며, 단위 면적 당 이온들의 양은 DNmin = (AV/20)2 값 이상(여기서, DNmin은 1016 ions/cm2으로 표현되고, 가속 전압 AV는 kV로 표현됨)인 것을 특징으로 하는 처리 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 이온 빔의 이온들은 산소(O)이고, 가속 전압 AV는 10　kV 이상이며, 단위 면적 당 이온들의 양은 DOmin = 10.(AV/20)1.5 값 이상(여기서, DOmin은 1016 ions/cm2으로 표현되고, 가속 전압 AV는 kV로 표현됨)인 것을 특징으로 하는 처리 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 처리 방법은 단위 면적 당 이온들의 양과 이온들의 가속 전압이 결정되는 예비 단계로서,
    a) 10 kV 내지 100kV 사이에서 이온들의 가속 전압이 선택되는 단계;
    b) 1015 ions/cm2 내지 1017 ions/cm2 사이에서 단위 면적 당 이온들의 양이 선택되는 단계;
    c) 친수성 처리가 상기 선택된 조건들 하에서 수행되는 단계;
    d) 이와 같이 처리된 소다 석회 유리재 상의 물방울의 접촉각을 측정하는 단계;
    e) 상기 측정 접촉각을 소망하는 접촉각에 대한 값과 비교하는 단계;
    f) 상기 측정 접촉각이 소망하는 접촉각에 대한 값보다 클 경우, 앞서 사용된 단위 면적 당 이온들의 양에 대해 2배로 친수성 처리를 다시 수행하는 단계;
    g) 소망하는 접촉각에 대한 값 이하인 측정 접촉각을 얻기 위하여 단위 면적 당 이온들의 양 및 이온들의 가속 전압이 결정될 때까지, 상기 c 단계 내지 f 단계가 반복되는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 처리 방법.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 소다 석회 유리재는 이온 빔에 대해, 0.1　mm/s 내지 1000　mm/s 사이의 전방 진행 속도 (rate of forward progression: RFP)로 이동할 수 있는 것을 특징으로 하는 처리 방법.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 소다 석회 유리재의 동일한 부위는 이온 빔 하에서, 복수(N)의 경로를 따라, 전방 진행 속도 (rate of forward progression: RFP)로 이동되는 것을 특징으로 하는 처리 방법.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 처리된 소다 석회 유리재는 차량 유리창(motor vehicle windshield), 스펙타클 렌즈(spectacle lens), 광학 장비의 렌즈(lens of an optical device), 거울, 건물의 창, 광학 섬유 및 유리 주사기 본체(glass syringe body)로 이루어진 군으로부터 선택되는 대형 유리부(bulk glass part)인 것을 특징으로 하는 처리 방법.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온들의 가속 전압(acceleration voltage; AV)은 5 kV 이상 내지 200 kV 이하이며;
    상기 단위 면적 당 이온들의 양은 1015 ions/cm2 이상 내지 1018 ions/cm2 이하의 범위 이내인 것을 특징으로 하는 처리 방법.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온들의 가속 전압(acceleration voltage; AV)은 10 kV 이상 내지 100 kV 이하이며;
    상기 단위 면적 당 이온들의 양은 1015 ions/cm2 이상 내지 1017 ions/cm2 이하의 범위 이내인 것을 특징으로 하는 처리 방법.
KR1020157025709A 2013-03-28 2014-03-26 초친수성 유리재를 제조하기 위한 이온 빔 처리 방법 KR102163820B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1300719 2013-03-28
FR1300719A FR3003857B1 (fr) 2013-03-28 2013-03-28 Procede de traitement par un faisceau d'ions pour produire des materiaux en verre superhydrophiles.
PCT/FR2014/050713 WO2014155008A1 (fr) 2013-03-28 2014-03-26 Procede de traitement par un faisceau d'ions pour produire des materiaux en verre superhydrophiles

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150143443A KR20150143443A (ko) 2015-12-23
KR102163820B1 true KR102163820B1 (ko) 2020-10-12

Family

ID=48856694

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020157025709A KR102163820B1 (ko) 2013-03-28 2014-03-26 초친수성 유리재를 제조하기 위한 이온 빔 처리 방법

Country Status (13)

Country Link
US (1) US10570060B2 (ko)
EP (1) EP2978717B1 (ko)
JP (1) JP6678572B2 (ko)
KR (1) KR102163820B1 (ko)
CN (1) CN105073675B (ko)
BR (1) BR112015024765A2 (ko)
CA (1) CA2903007A1 (ko)
EA (1) EA030422B9 (ko)
FR (1) FR3003857B1 (ko)
PH (1) PH12015501772A1 (ko)
SG (1) SG11201507917QA (ko)
UA (1) UA116560C2 (ko)
WO (1) WO2014155008A1 (ko)

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EA034838B1 (ru) * 2014-10-24 2020-03-26 Агк Гласс Юроп Применение имплантированной ионами стеклянной подложки
EP3181533A1 (en) * 2015-12-18 2017-06-21 AGC Glass Europe Glass substrate for chemical strengthening and method for chemically strengthening with controlled curvature
TWI632119B (zh) * 2016-02-19 2018-08-11 因特瓦克公司 以離子植入法製作的抗污、防刮擦、耐磨玻璃
CA3019255A1 (en) * 2016-04-12 2017-10-19 Agc Glass Europe Heat treatable antireflective glass substrate and method for manufacturing the same
WO2017178171A1 (en) * 2016-04-12 2017-10-19 Agc Glass Europe Antireflective glass substrate and method for manufacturing the same
KR102325574B1 (ko) * 2016-04-12 2021-11-15 에이쥐씨 글래스 유럽 반사 방지, 내스크래치성 유리 기판 및 그의 제조 방법
EP3442923A1 (en) * 2016-04-12 2019-02-20 AGC Inc. Glass substrate with reduced internal reflectance and method for manufacturing the same
SG11201808096PA (en) * 2016-04-12 2018-10-30 Agc Glass Europe Neutral color antireflective glass substrate and method for manufacturing the same
CA3019259A1 (en) * 2016-04-12 2017-10-19 Agc Glass Europe Blue reflective glass substrate and method for manufacturing the same
US10612129B2 (en) * 2016-06-28 2020-04-07 Corning Incorporated Thin glass based article with high resistance to contact damage
FR3062855B1 (fr) * 2017-02-14 2019-04-19 Sa Quertech Procede de traitement par un faisceau d ions pour produire un saphir antifreflet a haute transmittance resistant a la rayure.
US10493207B2 (en) 2017-02-27 2019-12-03 W. L. Gore & Associates, Inc. Medical delivery devices having low lubricant syringe barrels
DE102017114959A1 (de) * 2017-07-05 2019-01-10 Schott Ag Glaszylinder für eine Kolben-Zylinder-Anordnung mit verminderter Reibung und Verfahren zur Behandlung eines Glaszylinders für eine Kolben-Zylinder-Anordnung
EP3470384A1 (fr) * 2017-10-12 2019-04-17 The Swatch Group Research and Development Ltd Procédé de traitement de surface de particules d'une poudre céramique et particules de poudre céramique obtenues grâce à ce procédé
CN112533882A (zh) * 2018-06-14 2021-03-19 旭硝子欧洲玻璃公司 降低用于透射红外光的基板的反射率
FR3083503B1 (fr) * 2018-07-06 2020-07-03 Valeo Systemes D'essuyage Protege-lame pour balai d'essuyage
WO2020043398A1 (en) * 2018-08-28 2020-03-05 Agc Glass Europe Chemically strengthened glass substrate with reduced invading ion surface concentration and method for making the same
US11773014B2 (en) * 2020-08-04 2023-10-03 Lyten, Inc. Toughened carbon-containing glass materials

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012001325A2 (fr) * 2010-07-02 2012-01-05 Valois Sas Procede de traitement de surface d'un dispositif de distribution de produit fluide.

Family Cites Families (39)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5711851A (en) * 1980-06-27 1982-01-21 Seiko Instr & Electronics Ltd Inorganic glass
US4948760A (en) * 1986-11-01 1990-08-14 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho Water repellant inorganic glass
JPS63117933A (ja) * 1986-11-01 1988-05-21 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 撥水性を有する無機ガラス
EP0492545B1 (en) * 1990-12-25 1998-03-25 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Transparent substrate with monomolecular film thereon and method of manufacturing the same
US5318806A (en) * 1992-10-02 1994-06-07 Becton, Dickinson And Company Tube having regions of different surface chemistry and method therefor
JPH06330314A (ja) * 1993-05-17 1994-11-29 Japan Steel Works Ltd:The イオン注入法による傾斜機能材料の製造方法および製造装置
JPH06329444A (ja) * 1993-05-20 1994-11-29 Nikon Corp イオンビームを用いたガラスの表面処理方法 及びガラス部材
US5965629A (en) * 1996-04-19 1999-10-12 Korea Institute Of Science And Technology Process for modifying surfaces of materials, and materials having surfaces modified thereby
WO1998022625A1 (en) * 1996-11-20 1998-05-28 The Regents Of The University Of Michigan Microfabricated isothermal nucleic acid amplification devices and methods
US5997961A (en) * 1998-03-06 1999-12-07 Battelle Memorial Institute Method of bonding functional surface materials to substrates and applications in microtechnology and antifouling
US6808606B2 (en) * 1999-05-03 2004-10-26 Guardian Industries Corp. Method of manufacturing window using ion beam milling of glass substrate(s)
US6261693B1 (en) * 1999-05-03 2001-07-17 Guardian Industries Corporation Highly tetrahedral amorphous carbon coating on glass
US6713179B2 (en) * 2000-05-24 2004-03-30 Guardian Industries Corp. Hydrophilic DLC on substrate with UV exposure
US7687256B2 (en) * 2002-04-11 2010-03-30 Spire Corporation Surface activated biochip
US6878403B2 (en) * 2002-10-04 2005-04-12 Guardian Industries Corp. Method of ion beam treatment of DLC in order to reduce contact angle
US6878405B2 (en) * 2002-10-04 2005-04-12 Guardian Industries Corp. Method of treating DLC on substrate with oxygen and/or hot water
WO2004067182A2 (ja) * 2003-01-31 2004-08-12 Sumitomo Chemical Company, Limited エマルションの分級装置および分級方法、エマルションの解乳化方法
JP2005079035A (ja) * 2003-09-03 2005-03-24 Ulvac Japan Ltd イオン注入装置
US20090078326A1 (en) * 2004-06-14 2009-03-26 Arizona Board Of Regents For And On Behalf Of Arizona State University Light-driven microfluidic devices and amplification of stimulus-induced wetting
US7799883B2 (en) * 2005-02-22 2010-09-21 Promerus Llc Norbornene-type polymers, compositions thereof and lithographic process using such compositions
US20060246218A1 (en) * 2005-04-29 2006-11-02 Guardian Industries Corp. Hydrophilic DLC on substrate with barrier discharge pyrolysis treatment
RU2006133955A (ru) * 2005-09-23 2008-03-27 Мацуо Ясутака (JP) Составы с излучением в дальней ик-области спектра и устройства, в которых используются такие составы, для уменьшения расхода топлива и токсичности отработавших газов двигателей внутреннего сгорания
SG174063A1 (en) * 2006-08-11 2011-09-29 Novartis Ag Lens molds with protective coating for production of ophthalmic lenses
US8247325B2 (en) * 2008-10-10 2012-08-21 Uchicago Argonne, Llc Direct growth of metal nanoplates on semiconductor substrates
CA2760801A1 (en) * 2009-05-06 2010-11-11 3M Innovative Properties Company Medicinal inhalation device
EP2427406A4 (en) * 2009-05-08 2012-11-14 Univ California SUPER-HYDROPHILIC NANOSTRUCTURE
FR2947569B1 (fr) * 2009-07-03 2011-07-15 Quertech Ingenierie Procede de traitement par un faisceau d'ions d'un materiau composite recouvert ou non d'une peinture
FR2954832A1 (fr) * 2009-12-31 2011-07-01 Essilor Int Article d'optique comportant un revetement antibuee temporaire ayant une durabilite amelioree
US20130171334A1 (en) * 2010-07-02 2013-07-04 Aptar France Sas Method for the surface treatment of a fluid product dispensing device
CN103097573A (zh) * 2010-07-02 2013-05-08 阿普塔尔法国简易股份公司 流体产品的分配设备的表面处理方法
US20130171330A1 (en) * 2010-07-02 2013-07-04 Aptar France Sas Method for treating a surface of a device for dispensing a fluid product
US8483248B2 (en) * 2010-09-14 2013-07-09 Raytheon Company Laser crystal components joined with thermal management devices
US20120167971A1 (en) * 2010-12-30 2012-07-05 Alexey Krasnov Textured coating for thin-film solar cells and/or methods of making the same
US9587117B2 (en) * 2012-04-03 2017-03-07 Yissum Research Development Company Of The Hebrew University Of Jerusalem Ltd. Hybrid metal and metal oxide layers with enhanced activity
LU92082B1 (en) * 2012-10-10 2014-04-11 Ct De Rech Public Gabriel Lippmann Method for manufacturing a superhydrophobic surface
FR3002240B1 (fr) * 2013-02-15 2015-07-10 Quertech Ingenierie Procede de traitement par un faisceau d'ions pour produire des materiaux en verre antireflet durable
FR3009217B1 (fr) * 2013-08-01 2016-10-28 Quertech Procede de traitement de poudre a base d'oxyde de cerium
EA034838B1 (ru) * 2014-10-24 2020-03-26 Агк Гласс Юроп Применение имплантированной ионами стеклянной подложки
US10717671B2 (en) * 2015-07-07 2020-07-21 Agc Glass Europe Glass substrate with increased weathering and chemical resistance

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012001325A2 (fr) * 2010-07-02 2012-01-05 Valois Sas Procede de traitement de surface d'un dispositif de distribution de produit fluide.

Also Published As

Publication number Publication date
CA2903007A1 (fr) 2014-10-02
US20160052821A1 (en) 2016-02-25
EP2978717B1 (fr) 2020-08-19
JP2016520502A (ja) 2016-07-14
EA201591877A1 (ru) 2016-01-29
CN105073675B (zh) 2019-05-31
US10570060B2 (en) 2020-02-25
UA116560C2 (uk) 2018-04-10
EP2978717A1 (fr) 2016-02-03
FR3003857A1 (fr) 2014-10-03
KR20150143443A (ko) 2015-12-23
PH12015501772A1 (en) 2015-12-07
WO2014155008A1 (fr) 2014-10-02
BR112015024765A2 (pt) 2017-07-18
EA030422B1 (ru) 2018-08-31
CN105073675A (zh) 2015-11-18
SG11201507917QA (en) 2015-11-27
EA030422B9 (ru) 2018-11-30
JP6678572B2 (ja) 2020-04-08
FR3003857B1 (fr) 2015-04-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102163820B1 (ko) 초친수성 유리재를 제조하기 위한 이온 빔 처리 방법
US20200189237A1 (en) Laminated glass
CN110139752B (zh) 复合玻璃板
KR102628432B1 (ko) 내스크래치성을 갖는 텍스쳐링된 유리-계 물품 및 이를 제조하는 방법
JP6256763B2 (ja) 合わせガラス
JP7431872B2 (ja) 改善された曲げ性および化学強化性を有する薄板ガラス
US20120238435A1 (en) Glass plate and its production process
EP1289899A1 (de) Substrat mit gering lichtstreuender, ultraphober oberfläche und verfahren zu seiner herstellung
JPWO2008156177A1 (ja) 酸化物ガラスの表面処理方法
KR101352809B1 (ko) 유리 제조 방법 및 그 유리
JP6395723B2 (ja) ガラス板の製造方法及びガラス板
EP3042880B1 (en) Method for producing glass plate
US11299420B2 (en) Glass article
KR20120024542A (ko) 반사가 감소된 판유리의 제조 방법
KR20160141737A (ko) 유리, 그것을 이용한 커버 유리 및 유리의 제조 방법
US20200399173A1 (en) Method for minimizing dent defects in chemically strengthened glass
JP4292992B2 (ja) 光触媒膜形成用組成物および光触媒膜付き基材
JP2006239495A (ja) 防曇性被膜被覆物品、防曇性被膜形成用塗工材料及び防曇性被膜被覆物品の製造方法
JP2002338306A (ja) ガラスの親水化方法、親水化ガラスおよびその製造方法ならびに親水化ガラス製品
KR101254944B1 (ko) 반사 방지성 유리를 포함하는 차량용 윈드실드
KR101254949B1 (ko) 반사 방지성 유리를 포함하는 태양전지
JP2001180980A (ja) 親水膜付き曲げガラスおよびその製造方法
JP2003057403A (ja) 防曇性光学物品及び該物品の作製方法
TW202330432A (zh) 化學強化玻璃之製造方法、化學強化玻璃、覆蓋玻璃及顯示裝置
KR20170114338A (ko) 스테인 방지 코팅유리

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant