專利名稱：自清潔防霧元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自清潔防霧元件，如防霧玻璃和防霧膜等，還涉及一種防霧元件的制造方法。
背景技術(shù)：
在日常生活、工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中，當(dāng)建筑物窗玻璃、汽車的擋風(fēng)玻璃、窗玻璃和反光鏡等，在遇到潮濕的空氣冷凝時(shí)，容易在鏡面或玻璃表面形成許多微小的水滴(霧)而散光，使透明度降低影響視線，帶來不便。目前已經(jīng)投入使用和研究開發(fā)的自清潔玻璃的表面功能膜材料主要是TiO2以及 TiO2與其他金屬、金屬氧化物或其他元素?fù)诫s的復(fù)合物。超親水自清潔玻璃的自清潔功能表現(xiàn)為兩方面一是光催化分解有機(jī)物的能力。TiO2在紫外光或可見光照射下，當(dāng)照射光子的能量大于或者等于其能帶寬度的時(shí)候，介帶中的電子被激發(fā)，越過價(jià)帶進(jìn)入導(dǎo)帶，在導(dǎo)帶和價(jià)帶上形成電子-空穴對(duì)，電子、空穴具有不同的活性，分別與吸附在TiO2表面的有機(jī)物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成水和CO2,從而達(dá)到降解有機(jī)物的目的。另一方面是紫外線照射后，氧化鈦其表面表現(xiàn)出對(duì)水的親和性，使水的液滴在玻璃材料表面上的接觸角趨于零，能在其表面鋪展，形成均勻的水膜，通過均勻水膜的重力下落帶走污潰。而制備二氧化鈦的方法也很多。例如，磁控濺射、化學(xué)氣相沉積、蒸發(fā)鍍、溶膠凝膠法等。為了保持其表面能夠比較長(zhǎng)時(shí)間的親水性，二氧化硅也被用來與二氧化鈦結(jié)合起來應(yīng)用。用磁控濺射法制備得到的TiO2薄膜的硬度大，然而其光催化作用效果不好， Makiko Yamagishi 等(Thin Solid Films, Vol 442, 227, 2003)發(fā)現(xiàn)，用磁控派射制備的氧化鈦，當(dāng)工作氣壓較高時(shí)，光的催化作用大。而Yushiyuki Kubo等(J. Vac. Sci. Technol. A Vol. 26，893，2008)發(fā)現(xiàn),高氣壓下氣流濺射制備氧化鈦膜時(shí),增大反應(yīng)氣體的氧氣量,可以得到多孔氧化鈦薄膜，該薄膜具有很高的光催化性，但硬度較低。磁控濺射制備的氧化鈦硬度高，但光催化作用遠(yuǎn)小于高氧氣下中氣壓氣流派射的膜。T. Shibata等(J. Phys. Chem. B 107，10696，2003)發(fā)現(xiàn)，如果TiO2薄膜具有張應(yīng)力，其親水性要比沒有應(yīng)力或有壓縮應(yīng)力的膜好很多。事實(shí)上，由于張應(yīng)力下Ti-O鍵變長(zhǎng)，使得吸附的-OH基的數(shù)目增多。在缺乏紫外光照射時(shí)，TiO2本身是不親水的。為了使得在沒有紫外光照射下，膜的表面能夠保持較長(zhǎng)時(shí)間的親水效果，美國(guó)專利5854708提出用多孔的SiO2薄層覆蓋TiO2 膜。這樣，紫外線在打02膜中誘導(dǎo)的空穴和電子，可以通過SiO2的孔與其表面的有機(jī)物作用，對(duì)其分解。由于SiO2本身親水，可以在沒有紫外光照射下表面也能保持較長(zhǎng)時(shí)間的親水性。但是他們沒有給出TiO2作為親水膜層或光催化膜層時(shí)，TiO2的微觀結(jié)構(gòu)對(duì)膜的影響和限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種自清潔防霧元件，具有良好的持久的親水性和防霧效果。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種自清潔防霧元件，它包含透光的基底材料；透光的阻擋膜，形成在所述基底材料的一側(cè)表面上；光催化底膜，形成在所述阻擋膜上，所述光催化底膜具有多孔結(jié)構(gòu)，且所述光催化底膜的孔體積對(duì)膜總體積比為5 25% ;所述光催化底膜上還形成有光催化硬膜，所述的光催化硬膜也具有多孔結(jié)構(gòu)，且光催化硬膜的孔體積對(duì)膜總體積比小于5%。更進(jìn)一步地說，所述的基底材料為玻璃，所述的光催化底膜的硬度小于等于4H，所述的光催化硬膜的硬度大于等于6H。優(yōu)選地，所述的光催化底膜為TiO2或ZnO或SnO2薄膜。優(yōu)選地，所述的光催化硬膜為TiO2或ZnO或SnO2薄膜。在基底材料為玻璃時(shí)，阻擋膜可以阻止濺射過程中玻璃材料中的鈉離子或其他雜質(zhì)離子向光催化底膜的擴(kuò)散，影響TiO2或ZnO或SnO2薄膜的光催化活性。兩層光催化薄膜中，光催化底膜形成多孔結(jié)構(gòu)，使得后來沉積的光催化硬膜也容易形成多孔結(jié)構(gòu)，提高光催化的作用，此外由于光催化硬膜的孔體積對(duì)膜總體積之比較小，膜層質(zhì)地較硬，起到耐磨損的保護(hù)內(nèi)層光催化底膜的作用。由于光催化硬膜延續(xù)了底層的多孔結(jié)構(gòu)，具有高的表面積，光催化效果得到增強(qiáng)。兩層光催化薄膜之間形成孔體積對(duì)膜總體積比的漸進(jìn)過渡，并且孔的密度隨光催化膜層厚度的增加而減少，從而避免了灰塵完全堵住內(nèi)部孔。這樣形成的TiO2或ZnO或SnO2薄膜具有張應(yīng)力，由于張應(yīng)力下Ti_0、Zn-0, Sn-O鍵變長(zhǎng)，使得吸附的-OH基的數(shù)目增多，非常適合取得良好的親水性。因此本發(fā)明采用光催化底膜和光催化硬膜能夠取得良好的光催化性、親水性和耐磨性。孔體積對(duì)膜總體積比可以通過測(cè)量膜的折射率決定，折射率可以用橢圓偏振儀測(cè)
得。然后利用
權(quán)利要求
1.一種自清潔防霧元件，它包含透光的基底材料；透光的阻擋膜，形成在所述基底材料的一側(cè)表面上；光催化底膜，形成在所述阻擋膜上，其特征在于所述光催化底膜具有多孔結(jié)構(gòu)，且所述光催化底膜的孔體積對(duì)膜總體積比為5 25% ;所述光催化底膜上還形成有光催化硬膜，所述的光催化硬膜也具有多孔結(jié)構(gòu)，且光催化硬膜的孔體積對(duì)膜總體積比小于5%。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自清潔防霧元件，其特征在于所述的基底材料為玻璃。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自清潔防霧元件，其特征在于所述的光催化底膜的硬度小于等于4H，所述的光催化硬膜的硬度大于等于6H。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自清潔防霧元件，其特征在于所述的光催化底膜為TiO2或 ZnO或SnO2薄膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的自清潔防霧元件，其特征在于所述的光催化底膜為TiO2薄膜，所述的光催化底膜中摻雜有Cu、Nb、Co、N兀素中的一種；或者,所述的光催化底膜為ZnO 薄膜，所述的光催化底膜中摻雜有Al、B、In、Ga元素中的一種；或者，所述的光催化底膜為 SnO2薄膜，所述的光催化底膜中摻雜有F、Sb元素中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自清潔防霧元件，其特征在于所述的光催化硬膜為TiO2或 ZnO或SnO2薄膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的自清潔防霧元件，其特征在于所述的光催化硬膜為TiO2薄膜，所述的光催化硬膜中摻雜有Cu、Nb、Co、N元素中的一種；或者，所述的光催化硬膜為ZnO 薄膜，所述的光催化硬膜中摻雜有Al、B、In、Ga元素中的一種；或者，所述的光催化硬膜為 SnO2薄膜，所述的光催化硬膜中摻雜有F、Sb元素中的一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求5、7中任意一項(xiàng)所述的自清潔防霧元件，其特征在于所述的摻雜元素對(duì)所述的光催化底膜或所述光催化硬膜中的Ti或Zn或Sn的原子比小于5%。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自清潔防霧元件，其特征在于所述的光催化底膜的厚度為10 50nm。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自清潔防霧元件，其特征在于所述的光催化硬膜的厚度為 50 200nm。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自清潔防霧元件，其特征在于所述的基底材料為塑料薄膜。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的自清潔防霧元件，其特征在于所述的基底材料為PET薄膜或PMMA或PC材料。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的自清潔防霧元件，其特征在于所述的基底材料上與所述阻擋膜相對(duì)的另一側(cè)表面上設(shè)有粘結(jié)層。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的自清潔防霧元件，其特征在于所述的光催化底膜的硬度小于等于2H，所述的光催化硬膜的硬度大于等于3H。
15.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自清潔防霧元件，其特征在于所述光催化底膜與/或光催化硬膜通過中氣壓氣流濺射方法沉積。
16.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自清潔防霧元件，其特征在于它包含多層所述的光催化底膜和光催化硬膜，多層所述的光催化底膜和光催化硬膜交替排布。
17.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自清潔防霧元件，其特征在于所述的光催化硬膜上還形成有具有多孔結(jié)構(gòu)且呈親水性的透明親水膜，所述親水膜為多孔SiO2膜。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的自清潔防霧元件，其特征在于所述的親水膜的厚度為10 50nm。
19.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自清潔防霧元件，其特征在于所述的阻擋膜為SiO2或 Cr2O3,或 Si3N4 或 Al2O3 薄膜。
20.一種如權(quán)利要求I 19中任意一項(xiàng)所述的自清潔防霧元件的制造方法，其特征在于它包含下述步驟A、首先，用中氣壓氣流濺射方法，在基底材料上沉積一層阻擋膜，反應(yīng)放電氣壓為 10 40Pa，功率密度為5W/cm2 ；B、然后，在所述阻擋膜上鍍光催化底膜，反應(yīng)中控制Ar/02流量比為100 400 1，鍍膜厚度為10 50nm ；C、在所述光催化底膜上再鍍一層光催化硬膜，反應(yīng)中控制Ar/02流量比600 1000 1，鍍膜厚度為50 200nm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種自清潔防霧元件及其制造方法，該防霧元件包含透光的基底材料；透光的阻擋膜，形成在基底材料的一側(cè)表面上；光催化底膜，形成在阻擋膜上，光催化底膜為具有多孔結(jié)構(gòu)的TiO2或ZnO或SnO2薄膜，且TiO2或ZnO或SnO2薄膜的孔體積對(duì)膜總體積比為5～25％；光催化膜上還形成有光催化硬膜，光催化硬膜為具有多孔結(jié)構(gòu)的TiO2或ZnO或SnO2薄膜，且TiO2或ZnO或SnO2薄膜的孔體積對(duì)膜總體積比小于5％。本發(fā)明的自清潔防霧元件的光催化底膜和光催化硬膜有較大的比表面，即使僅較薄的厚度，也可以具有強(qiáng)的光催化能力；光催化硬膜具有良好的親水性、耐磨性、耐酸耐堿性、耐候性；本發(fā)明的防霧元件還可以以軟質(zhì)塑料基材制作成貼膜，應(yīng)用靈活。
文檔編號(hào)B32B33/00GK102582137SQ201210009
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月13日
發(fā)明者李洪美, 郭射宇 申請(qǐng)人:蘇州羿日新能源有限公司