纳米防尘自洁表层结构及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了纳米防尘自洁表层结构，是利用表面形貌在纳米或者亚微米尺度上的设计构造，生产产生纳米结构多孔层，达到：防尘、增透、自洁的目的。利用纳米疏水或者亲水的粒子，使其成为胶体乳液，能够比较均匀的分散在玻璃表面，构成较均匀的纳米结构。也可以利用模版法光刻或者能量粒子束（光子束、电子束或者离子束）刻蚀来构造纳米尺度的尖端结构表面，这样构造的表面具有很好的表面尖端，使得沉积在表面的大的颗粒与表面的接触面积明显减小。接触面积的减小，能够减小接触物与表面的作用力，达到防灰尘的目的。特别是由于沙尘等在其表面的沉积，导致玻璃表面透光率的下降，进而导致太阳能光伏发电板发电能力的降低。
【专利说明】
纳米防尘自洁表层结构及其制备方法
技术领域
[0001 ]本发明属玻璃表面防尘和自洁技术领域，具体地设及纳米防尘自洁表层结构及其 制备方法。
【背景技术】
[0002] 表面防尘和自洁是建筑、幕墙玻璃、汽车和太阳能光伏玻璃、W及光学镜头和电子 显示器等应用领域十分关屯、的问题之一。目前主要是通过光触媒和表面疏水处理来获得自 洁的目的（荷叶效应）。对于光伏玻璃来说，在大多数少雨水的或者无雨水的地区，一个星期 不清洁的光伏玻璃板的发电能力损失可W达到10%，而一个月的灰尘污染引起的发电能力 损失达20%。因此，光伏玻璃的防尘和自洁是光伏太阳能后期发电运营中最为关屯、的问题之 〇
[0003] 本发明主要为光伏太阳能发电板和幕墙玻璃的防尘自洁提供技术和设计方法。也 可W用于光伏热能转换表面的防尘自洁。
[0004] 中国专利CN 201020547731(实用新型)报道了一种在太阳能光伏玻璃表面涂覆超 亲水氧化娃和添加纳米氧化铁的涂层。主要利用氧化铁的光致分解(光催化)达到分解吸附 于玻璃表面有机物。文献阳akajima, Akira, Kazuhito 化shimoto, Toshiya Wannabe, Kennichi Takai, Goro Yamauchi, and Akira Fujishima. "Transparent superhydrophobic thin films with self-cleaning properties." Langmuir \6, no. 17 (2000): 7044-7047]报道了利用纳米氧化铁的光催化致表面自洁的功能。中国专利 CN103617847A则报道了一种利用真空沉积技术将玻璃纤维素、娃素聚合物和氣素聚合物安 装与玻璃绝缘子表面，具有良好的绝缘性能，同时在风雨天气，能够有一定的自洁能力，起 到防尘作用。幕墙玻璃的防尘和自洁可能都面临同样的问题。真空沉积Ti化薄膜法虽有一 定的作用，但成本太高，很难使用。
[0005] 目前玻璃自洁，包括用在太阳能光伏和幕墙玻璃多用真空或者溶胶凝胶法沉积一 层二氧化铁薄膜，利用其光催化的作用分解表面的有机吸附，利用其亲水性能达到自洁的 目的。此外，还有利用疏水剂（如全氣硅烷或者16烷基3甲基氧基硅烷等)修饰表面，通过水 滴与表面接触性能差的效应达到自洁的目的。
[0006] 对于有大量的雨水的区域，或者通过水洗涂，运些表面的确有很好的自洁作用，但 对于小雨滴，自洁作用很弱，或者能把表面吸附物汇集到局部，显得更脏。而且运些处理基 本没有防尘的作用。
[0007] 据报道，我国西北大部分地区及其中东地区，虽然太阳能福射极强，但缺水，风沙 大，太阳能光伏板玻璃表面灰尘的沉积，导致太阳能板发电损失高达10-50%。造成极大的 能源浪费。为此，防尘和自洁的作用非常重要。另外，光伏玻璃表面由于积雪、结霜等导致大 量的发电量的损失。
[000引纳米微刻技术包括纳米压印光刻技术、离子束刻蚀主要应用到电子行业。
[0009]离子束刻蚀W离子束为刻蚀手段达到刻蚀目的的技术，其分辨率限制于粒子进入 基底W及离子能量耗尽过程的路径范围。离子束最小直径约lOnm，离子束刻蚀的结构最小 可能不会小于lOnm。目前聚焦离子束刻蚀的束斑可达lOOnmW下，最少的达到lOnm，获得最 小线宽12nm的加工结果。相比电子与固体相互作用，离子在固体中的散射效应较小，并能W 较快的直写速度进行小于50皿的刻蚀，故而聚焦离子束刻蚀是纳米加工的一种理想方法。 此外聚焦离子束技术的另一优点是在计算机控制下的无掩膜注入，甚至无显影刻蚀，直接 制造各种纳米器件结构。
[0010] 玻璃材料具有良好的微加工性能，利用氨氣酸对玻璃的腐蚀作用，对精密、复杂玻 璃元器件表面进行化学蚀刻、化学抛光等加工，则不仅精度高，还可避免产生加工缺陷，同 时，加工不受器件表面形状限制、加工效率较高。
[0011] 随着纳米技术发展，人们可W使用化学方法制备多孔纳米涂料、纳米颗粒涂料，能 相对准确地控制其表面微观结构，生产出了多孔纳米超疏水涂料及多孔纳米超亲水涂料。
【发明内容】
[0012] 本发明的目的是为解决干旱少雨地区，风沙大，太阳能光伏板玻璃表面灰尘的沉 积，导致太阳能板发电损失的问题，而提供一种纳米防尘自洁表层结构及其加工方法。
[0013] 纳米防尘自洁表层结构，其表层为多孔纳米结构层，厚度小于200纳米，所述的孔 为按间距d排列的颗粒构成，灰尘粒子直径设为D，并满足下述条件： D))d (1) 或者基底与颗粒的接触面积为S:
燃 运里P是圆周率常数，可W定义有效接触面为，表观接触面.，其具有防 尘的基本条件为：
13,) 所述的间距d为5-100纳米； 所述的颗粒为球状体、柱状体、锥形体或网格状； 所述的纳米防尘自洁表层结构的厚度小于100纳米； 所述的纳米防尘自洁表层结构为超疏水表面，其静态接触角大于150度，滚动角小于10 度或者超亲水表面，其静态接触角小于10度； 所述的纳米防尘自洁表层结构，在忽略表面液体的存在情况下，它们之间的摩擦系数 为m，则滑落的灰尘粒子i必须满足条件： m名姐1 巧-COS 0 + /;"术）> 0 u 其中，m是粒子的质量，g是重力加速度。因为颗粒和接触面的作用与有效接触面积直接 相关，或者 %咖严叛％她. 稱 运里是比例系数，运样在给定的倾角下，最小防尘接触面：
地i 由于一般情况下，摩擦系数m小于1，所W最小有效接触面积对于给定的材料正比于颗 粒的重量(质量），倾角。
[0014] 防尘效率h可W写成：
色巧 其中，No是所沉积的颗粒的总数目，簽:"，是停留在表面的粒子数目。
[0015] 基于有机娃纳米多孔防尘超疏水涂层纳米防尘自洁表层结构的制备方法，它包 括： (A) 制备纳米多孔涂层的胶体:取水4-6份，氨水5-7份，1摩尔的草酸溶液8-12份，乙醇 或者甲醇80-120份揽拌均匀混合，并加热到40-70摄氏度，再加入6-10份甲基Ξ甲基氧基娃 烧和正娃酸乙醋1-3份，揽拌均匀，并保持40-70摄氏度静置3-5天，后自然冷却至室溫； (B) 分散胶体:取出上述产物1份，加入3-6份甲醇、乙醇或异丙醇，超声波分散器分散 10-40分钟； (C) 涂装:将分散好的纳米胶体，喷涂或者浸涂于玻璃表面，自然干燥后在100-300度溫 度下固化0.2-2个小时，冷却后取出。
[0016] W树脂为粘接剂的纳米多孔防尘超疏水涂层纳米防尘自洁表层结构的制备方法， 它包括： (A) 取30份乙醇、甲醇或异丙醇，加入20份乙酸下醋，揽拌均匀后分别加入6-10份甲基 Ξ甲基氧基硅烷和3-5份正娃酸乙醋，再加入1摩尔/升的氨水2-3份，揽拌并保持3-5小时， 再加入2-7份氣碳树脂和氨水10-15份揽拌均匀，在摄氏50度下静置反应2-7天，得到淡黄色 的凝胶； (B) 去除凝胶，加入5-11倍的乙醇稀释，得到超疏水胶体； (C) 涂装:可将胶体喷涂、浸涂或提拉法在玻璃表面形成薄膜;在室溫下固化48小时或 者在100-250度内加热固化30分钟，得到多孔超疏水防尘涂层纳米防尘自洁表层结构。
[0017] 基于纳米粒子的防尘超亲水涂层纳米防尘自洁表层结构的制备方法，它包括： (A) 将5-20纳米氧化铁1份和5-20纳米氧化锡2份，利用超声波分散器，按照0.2-0.8wt% 的浓度分散在甲醇或者乙醇中，形成胶体溶液； (B) 利用刷涂或者浸涂，或者喷涂方式将纳米胶体均匀涂敷于其表面。
[001引（C)室溫干燥1-2个小时或者100摄氏度下处理10到30分钟。
[0019]柱状纳米多孔表面结构纳米防尘自洁表层结构的制备方法，它包括： (1) 选择含钢玻璃； (2) 表面用有机溶剂清洁； (3) 在其表面用气象化学反应法沉积一层0.5-2微米的Si02层； (4) 然后通入CF4气体，在1-3x10-4托的工作压力下，给基底加500到600伏的负偏压，进 行真空辉光放电，反应离子刻蚀10-60分钟后，表面形成纳米结构； 巧)将其刻蚀的表面在水蒸汽中水解去掉表面形成的氣化物，得到超亲水的纳米柱状 结构，或用低表面能物质修饰，获得超疏水表面。
[0020]锥状纳米结构玻璃防尘自洁表面防尘自洁表层结构的制备方法，它包括： (1) 选择合适的玻璃并清洁干净； (2) 真空蒸发沉积Ni，化或者化金属40-70纳米厚度； (3) 在真空中加热样品200-400摄氏度10-30分钟； (4) 利用CF4等离子刻蚀:在l-5xl〇-2托的真空度下，400-500伏的负偏压下，放电5-40 分钟； (5) 利用酸(硝酸，硫酸，盐酸等)腐蚀掉表面的金属氣化物； (6) 获得锥状超亲水表面，或将其表面进行低表面能物质修饰得到超疏水表面。
[0021 ]玻璃上超亲水纳米纸状多孔表面防尘自洁表层结构的制备方法，它包括： (1) 清洁表面，去除油溃和污溃； (2) 将玻璃放置于碱性水溶液，其碱液的浓度控制在0.5-4.0摩尔/升，溫度在70-110摄 氏度，时间在0.5-4个小时中静置； (3) 自然冷却至室溫，取出玻璃，用水洗涂； (4) 干燥表面。
[0022] 本发明提供了利用表面形貌在纳米或者亚微米尺度上的设计构造，生产产生纳米 结构多孔层，达到：1)防尘;2)增透(减反射）;3)自洁的目的。比如利用纳米疏水或者亲水的 粒子，使其成为胶体乳液，能够比较均匀的分散在玻璃表面，构成较均匀的纳米结构.可W 是喷涂，刷涂或者浸在。也可W利用模版法光刻或者能量粒子束(光子束、电子束或者离子 束)刻蚀来构造纳米尺度的尖端结构表面，运样构造的表面具有很好的表面尖端，使得沉积 在表面的大的颗粒与表面的接触面积明显减小。接触面积的减小，能够减小接触物与表面 的作用力（一般是范德瓦尔斯作用力），达到防灰尘的目的。特别是由于沙尘等在其表面的 沉积，导致玻璃表面透光率的下降，进而导致太阳能光伏发电板发电能力的降低。
[0023] 基于上面的考虑，
【申请人】设计了如图1、2、3、4所示的至少四种表面涂层或者改性 的结构;其中空隙间距和颗粒(灰尘)大小的比例非常重要：只要颗粒的粒径比间距大很多， 就能有效的达到防尘的目的。如果颗粒有一定的大小分布，就必须考虑尽量减小去空隙的 间距。并防止颗粒在空隙之间的嵌入。如果颗粒的平均直径为D(或者平均大小），基底表面 颗粒的间距为d(或者基底是柱状体，柱间距），则防尘的基本条件是： :恐錢抹 0? 或者基底与颗粒的接触面积为S:
运里P是圆周率常数(3.14156…）.可W定义有效接触面为，表观接触面积为S。; ·、:棄却皆 其具有防尘的基本条件为：
錢苗 其中，比值a的大小决定了有效接触面积与表观接触面积的比值。如果加上接触面与颗 粒的接触是平滑的，接触之间的作用力为范德瓦尔斯作用力(作用力分析见图5)，在忽略表 面液体的存在(此时无毛细作用力），它们之间的摩擦系数为m，则滑落的粒子i必须满足条 件： 创名 shi 换//(叫 g cos 巧十 ) > ο 、η 其中，m是粒子的质量，g是重力加速度。因为颗粒和接触面的作用与有效接触面积直接 相关，或者 f W,。二。 间 运里是比例系数，运样在给定的倾角下，最小防尘接触面
'f热 由于一般情况下，摩擦系数m小于1，所W最小有效接触面积对于给定的材料正比于颗 粒的重量(质量），倾角。
[0024] 防尘效率h可W写成：
《'穿） 其中，No是所沉积的颗粒的总数目，款:是停留在表面的粒子数目。很显然，防尘效率h 与有效接触面积和板面的倾角（q)有关。在给定的倾角下（q)，减小有效接触面积与表观接 触面积的比值是最有效的防尘方法。可W通过构造表面结构来达到运个目的。
[0025] 在给定的倾角下，防尘的最大有效接触面积Sm决定了滑落或者沉积在其表面上的 灰尘的数目。显然，灰尘粒子的形状和大小直接决定了防尘的效果。如果要防污(液体或者 半液态状），则要求表面是超疏水最好。因为亲水会导致毛细作用力的出现，会增加一个阻 止滑动的作用力，导致防尘失效或者减弱。
[0026] 如果考虑其玻璃表面的光学透过率，则要同时考虑减反射。其减反射的条件为:薄 层的厚度其中，是结构层的有效折射率(空气为1.0,玻璃为1.5)。简单来说就是其 厚度控制的100纳米W内。其多孔层的有效折射率逐步由空气的1.0缓慢的过渡到1.5.运样 能够达到最佳减反射的目的。综合来说图4是最佳选择，其它结构要看其具体侧重点来综合 考虑，但达到图4的生产成本也是最高的。
[0027] 其中图1可W通过将纳米粒子均匀分散(单分散）即可，图2是柱状或者棒状，可W 光刻或者定向生长(种子)获得，图3是多孔薄层，可W用多种方法实现，包括树脂-纳米粒子 单分散胶体浸在或者旋涂或者刷涂等，也可W用相分离技术规模化制备；图4是锥状，可W 用光刻或者离子束刻蚀获得。
[002引图6-10分别为单分散胶体颗粒获得纳米涂层、光刻柱状多孔涂层、纳米粒子型多 孔涂层、锥状(离子束刻蚀)多孔结构W及纸状纳米多孔结构。运些纳米结构均能有效的减 小反射达1-50/0， 如果要达到自洁效能，其表面必须是超疏水(静态接触角大于150度，滚动角小于10度。 注意:滚动角大于10度后其自洁效果会降低)或者超亲水(静态接触角小于10度）。
【附图说明】
[0029]图1颗粒状纳米防尘涂层表面结构示意图； 图2柱状纳米防尘表面结构示意图； 图3纸状纳米防尘表面结构示意图； 图4锥状纳米防尘表面结构示意图； 图5纳米多孔表面与灰尘作用示意图； 图6纳米多孔表面电子显微镜照片，左上角为水接触照片巧微升）； 图7柱状纳米结构表面的电镜照片； 图8锥状纳米防尘表面电镜照片； 图9纸状纳米多孔表面电镜照片； 图10试验所用的沙尘的电镜照片； 图11沙尘颗粒的激光粒度分析结果图； 图12纳米防尘自洁表层结构透光率图； 图13-种基于有机娃的防尘超疏水涂层材料的制造工艺示意图； 图14有机娃纳米超疏水防尘自洁涂层的微结构电镜照片； 图15-种基于氣碳树脂的纳米防尘超亲水涂层材料的制造工艺示意图； 图16W氣碳树脂为粘接剂的超疏水防尘自洁涂层电镜照片； 图17超亲水防尘纳米涂层材料的制造方法； 图18直接粘接纳米粒子在玻璃表面形成具有防尘效果的纳米颗粒薄膜，表面呈超亲水 状态(静态水接触角小于3度，见图左上角的水滴完全是平的）。
【具体实施方式】
[0030] 实施例1:纳米多孔涂层及其工艺 请参见附图1-6、13、14、15，纳米防尘自洁表层，其表面具有微孔，微孔孔径为5-5〇11111; 孔壁为10-50nm; 该表层的厚度为100-200皿;多孔的总横截面《=巧,心?^/车，4为空隙的平均直径，在表观 面积下的空隙数目）与表观的截面(=)之比在0.05-0.9之间。具体制备方法： (1)一种基于有机娃纳米多孔防尘超疏水涂层 (A)制备纳米多孔涂层的胶体：取水4-6份，氨水5-7份（如江苏形扇化学试剂有限公 司），1摩尔的草酸溶液8-12份，乙醇（或者甲醇)80-120份揽拌均匀混合，并加热到40-70摄 氏度，再将6-10份甲基Ξ甲基氧基硅烷(如南京罗恩娃材料有限公司）和正娃酸乙醋1-3份 加入上述混合液，揽拌均匀，并保持40-70摄氏度溫度下静置3-5天，后自然冷却至室溫。具 体施工工艺如附图13所示。
[0031] (B)分散胶体:取出上述产物1份，加入3-6份甲醇（乙醇或者异丙醇），用超声波分 散器(如上海生析超声仪器有限公司FS-450,功率500-1200瓦）10-40分钟(2-3升）。
[0032] (C)涂装:将分散好的纳米胶体，喷涂(非雾化)或者浸涂于其表面，自然干燥后在 100-300度溫度下固化0.2-2个小时。冷却后取出。得到如图14所示的微观结构图（电镜照 片，日立S4800)。
[0033] (D)性能：涂装后的表面将是纳米多孔的，约100-200纳米厚的超疏水防尘减反射 涂层。具体指标是:静态接触角大于150度，滚动角小于10度;可见光光(400-800纳米)透过 率增加0.巧Ij2.0%。防尘性能的具体数据见表1和表2。
[0034] -种W树脂为粘接剂的纳米多孔防尘超疏水涂层： (A)取30份乙醇(或者甲醇，或者异丙醇），加入20份乙酸下醋，揽拌均匀后分别加入6- 10份甲基Ξ甲基氧基硅烷（如南京罗恩娃材料有限公司）和3-5份正娃酸乙醋，再加入1摩 尔/升的氨水2-3份，揽拌并保持3-5小时，最后加入2-7份氣碳树脂（如:CC1=4，上海东氣化 工有限公司，或者F534广州氣缘娃科技有限公司，）和氨水10-15份揽拌均匀，在摄氏50度 下静置反应2-7天，得到淡黄色的凝胶。具体合成工艺如图15所示。
[0035] (B)去除凝胶，加入5-11倍的乙醇稀释，得到其超疏水胶体。
[0036] (C)涂装:可将胶体喷涂，或者浸在、提拉法在其表面形成薄膜。在室溫下固化48小 时或者在100-250度内加热固化30分钟，得到多孔超疏水防尘涂层。微结构的电镜照片如图 15所示。
[0037] (D)防尘和疏水性能:涂层表面对水的静态接触角大于150度，滚动角小于10度;可 见光透过率增加0.5到2.0%。其防尘性能的结果见表一所示。
[0038] -种基于纳米粒子的防尘超亲水涂层 (A)将纳米氧化铁巧-20纳米)1份和纳米氧化锡巧-20纳米)2份，利用超声波分散器(上 海生析超声仪器有限公司FS-450)，按照0.2-0.8wt%的浓度分散在甲醇或者乙醇中，形成胶 体溶液。
[0039] (B)将要施工的表面清洁并保持干燥。
[0040] (C)利用刷涂或者浸涂，或者喷涂方式将纳米胶体均匀涂敷于其表面。
[0041] (D)室溫干燥1-2个小时或者100摄氏度下处理10到30分钟。得到图15的电镜照片。 说明是具有较好分散的纳米粒子。
[0042] (E)涂层基本性能:水静态接触角小于5度。可见光透光率(可见光增加0.5%W上）。
[0043] (F)防尘性能:见表一所示。
[0044] 实施例2柱状纳米多孔表面结构防尘玻璃 纳米防尘自洁表层，其表面具有微孔，微孔孔径为5-50nm，所述的微孔为柱状体（图7) 或锥形体（图8)排列形成的间隙，或网格状孔（图9)，所述的柱状体、锥形体或网格的顶端为 尺度(直径)为5-30nm。柱状或者锥状或者片状层的高度为80-11纳米。
[0045] 所述的表层为玻璃、有机玻璃等透明材料。由于运些结构的表面与其灰尘接触面 积明显减小，导致良好的防尘效果。
[0046] 如果运些结构的表面经过聚合物或者低表面能物质修饰，如CF3-CF2-CF2-. . -R或 者CH3-CH2-. . R(R为官能团硅氧烷Si-0-C册，-OH或者硅烷或者C00H)，则其表面未超疏水， 具有自洁功能。
[0047] 由于表面层的多孔性，其运层的有效折射率在1. 2-1.3之间，具有减反射的功能。 运种结构的具体做法是： (1)选择合适的含钢玻璃。
[004引（2)表面用有机溶剂清洁器油溃。
[0049] (3)在其表面沉积一层0.5-2微米的Si02层(用气象化学反应法沉积，如在1-3χ10- 5 托的真空度下，通入Ν20和SiH4混合气体（具体见：Lan化eer, D. et al. Formation of high-quality nitrided silicon dioxide films using electron-cyclotron resonance chemical vapor deposition with nitrous oxide and silane. J. Electrochem. Soc. 143, 1681-1684 (1996)〇
[0化0] (4)然后通入CF4气体，在1-3x10-4托的工作压力下，给基底加500至化00伏的负偏 压，进行真空辉光放电，反应离子刻蚀10-60分钟后表面形成纳米结构。
[0051] (5)将其刻蚀的表面在水蒸汽中水解去掉表面形成的氣化物，得到超亲水的纳米 柱状结构，如图7所示。如果用低表面能物质修饰(如真空射频磁控瓣射沉积50-200纳米厚 度的聚四氣乙締），将获得超疏水表面。
[0052] (6)表征:静态水接触角：156度，滚动角，4度，可见光透过率为增加1.5%。
[0化3] (7)防尘性能:如表1所示。
[0054] 实施例3锥状纳米结构玻璃防尘自洁表面的制备及其性能 (1)选择合适的玻璃并清洁干净。
[0055] (2)真空蒸发沉积Ni，化或者化金属40-70纳米厚度。
[0化6] (3)在真空中加热样品200-400摄氏度10-30分钟。
[0057] (4)利用CF4等离子刻蚀:在l-5xl〇-2托的真空度下，400-500伏的负偏压下，放电5- 40分钟。
[0058] (5)利用酸(硝酸，硫酸，盐酸等)腐蚀掉表面的金属氣化物。
[0059] (6)获得如图8所示的锥状超亲水表面，如果将其表面进行低表面能物质修饰(如 真空射频磁控瓣射20-70纳米厚度的聚四氣乙締薄膜，或者在1%的全氣硅烷液体中浸泡10- 50分钟)得到超疏水表面。表面的静态水接触角155度，滚动角3度;可见光透过率增加1.2% (平均）。
[0060] (7)防尘性能，见表1。
[0061] 实例4玻璃上超亲水纳米纸状多孔表面及其防尘性能 (1)清洁表面，去除油溃和污溃，如果用大气等离子体处理(如:南京世峰科技的SF-P- 60L)效果更佳。
[0062] (2)将玻璃放置于碱性水溶液(NaOH，NH40H，K0H)，其碱液的浓度控制在0.5-4.0 摩尔/升，溫度在70-110摄氏度，时间在0.5到4个小时中静置。
[0063] (3)自然冷却至室溫，取出玻璃，用水洗涂。
[0064] (4)干燥(室溫或者烘烤)表面，得到如图9所示的纳米片状结构的多孔表面，其中， 纸的厚度约10-30纳米，空的大小5-70纳米。
[0065] 巧)性能:玻璃表面的光的透过率增加4.0-7.0%(平均，双面腐蚀）;水静态接触角： 0度。
[0066] (6)防尘性能:见表1。
[0067]注:表面倾角在零度时的灰尘质量为初始撒放的灰尘量。天梓的称量精度为0.01 克。所用的灰尘未平均粒度16微米(D50)，具体颗粒的电镜形貌照片见图10,其颗粒大小的 激光粒度分析图见图11。
【主权项】
1. 纳米防尘自洁表层结构，其表层为多孔纳米结构层，厚度小于200纳米，所述的孔为 按间距d排列的颗粒构成，灰尘粒子直径设为D，并满足下述条件： D))d 載弓 或者基底与颗粒的接触面积为S:徽 运里（是圆周率常数，可W定义有效接触面为，表观接触面积为.w-f·心其具有防尘 的基本条件为：2. 根据权利要求1所述的纳米防尘自洁表层结构，其特征在于:所述的间距d为5-100纳 米。3. 根据权利要求1或2所述的纳米防尘自洁表层结构，其特征在于:所述的颗粒为球状 体、柱状体、锥形体或网格状。4. 根据权利要求3所述的纳米防尘自洁表层结构，其特征在于:所述的纳米防尘自洁表 层结构的厚度小于100纳米。5. 根据权利要求4所述的纳米防尘自洁表层结构，其特征在于:所述的纳米防尘自洁表 层结构为超疏水表面，其静态接触角大于150度，滚动角小于10度或者超亲水表面，其静态 接触角小于10度。6. 根据权利要求1或5所述的纳米防尘自洁表层结构，其特征在于:所述的纳米防尘自 洁表层结构，在忽略表面液体的存在情况下，它们之间的摩擦系数为m，则滑落的灰尘粒子i 必须满足条件：其中，m是粒子的质量，g是重力加速度； 因为颗粒和接触面的作用与有效接触面积直接相关，或者雜1 运里是比例系数，运样在给定的倾角下，最小防尘接触面：雜9 由于一般情况下，摩擦系数m小于1，所W最小有效接触面积对于给定的材料正比于颗 粒的质量，倾角； 防尘效率h可W写成：其中，No是所沉积的颗粒的总数目，Σα是停留在表面的粒子数目。7. 基于有机娃纳米多孔防尘超疏水涂层纳米防尘自洁表层结构的制备方法，它包括： (A) 制备纳米多孔涂层的胶体:取水4-6份，氨水5-7份，1摩尔的草酸溶液8-12份，乙醇 或者甲醇80-120份揽拌均匀混合，并加热到40-70摄氏度，再加入6-10份甲基Ξ甲基氧基娃 烧和正娃酸乙醋1-3份，揽拌均匀，并保持40-70摄氏度静置3-5天，后自然冷却至室溫； (B) 分散胶体:取出上述产物1份，加入3-6份甲醇、乙醇或异丙醇，超声波分散器分散 10-40分钟； (C) 涂装:将分散好的纳米胶体，喷涂或者浸涂于玻璃表面，自然干燥后在100-300度溫 度下固化0.2-2个小时，冷却后取出。 8. W树脂为粘接剂的纳米多孔防尘超疏水涂层纳米防尘自洁表层结构的制备方法，它 包括： (A) 取30份乙醇、甲醇或异丙醇，加入20份乙酸下醋，揽拌均匀后分别加入6-10份甲基 Ξ甲基氧基硅烷和3-5份正娃酸乙醋，再加入1摩尔/升的氨水2-3份，揽拌并保持3-5小时， 再加入2-7份氣碳树脂和氨水10-15份揽拌均匀，在摄氏50度下静置反应2-7天，得到淡黄色 的凝胶； (B) 去除凝胶，加入5-11倍的乙醇稀释，得到超疏水胶体； (C) 涂装：可将胶体喷涂、浸涂或提拉法在玻璃表面形成薄膜;在室溫下固化48小时或 者在100-250度内加热固化30分钟，得到多孔超疏水防尘涂层纳米防尘自洁表层结构。9. 基于纳米粒子的防尘超亲水涂层纳米防尘自洁表层结构的制备方法，它包括： (A) 将5-20纳米氧化铁1份和5-20纳米氧化锡2份，利用超声波分散器，按照0.2-0.8wt% 的浓度分散在甲醇或者乙醇中，形成胶体溶液； (B) 利用刷涂或者浸涂，或者喷涂方式将纳米胶体均匀涂敷于其表面； (C)室溫干燥1-2个小时或者100摄氏度下处理10到30分钟。10. 柱状纳米多孔表面结构纳米防尘自洁表层结构的制备方法，它包括： (1) 选择含钢玻璃； (2) 表面用有机溶剂清洁； (3) 在其表面用气象化学反应法沉积一层0.5-2微米的Si02层； (4) 然后通入CF4气体，在1-3x10-4托的工作压力下，给基底加500到600伏的负偏压，进 行真空辉光放电，反应离子刻蚀10-60分钟后，表面形成纳米结构； (5) 将其刻蚀的表面在水蒸汽中水解去掉表面形成的氣化物，得到超亲水的纳米柱状 结构，或用低表面能物质修饰，获得超疏水表面。11. 锥状纳米结构玻璃防尘自洁表面防尘自洁表层结构的制备方法，它包括： (1) 选择合适的玻璃并清洁干净； (2) 真空蒸发沉积Ni，化或者化金属40-70纳米厚度； (3) 在真空中加热样品200-400摄氏度10-30分钟； (4) 利用CF4等离子刻蚀:在1-5χ10-2托的真空度下，400-500伏的负偏压下，放电5-40分 钟； (5) 利用酸(硝酸，硫酸，盐酸等)腐蚀掉表面的金属氣化物； (6) 获得锥状超亲水表面，或将其表面进行低表面能物质修饰得到超疏水表面。12. 玻璃上超亲水纳米纸状多孔表面防尘自洁表层结构的制备方法，它包括： (1)清洁表面，去除油溃和污溃； (2)将玻璃放置于碱性水溶液，其碱液的浓度控制在ο. 5-4. ο摩尔/升，溫度在70-110摄 氏度，时间在0.5-4个小时中静置； (3 )自然冷却至室溫，取出玻璃，用水洗涂； (4)干燥表面。
【文档编号】C03C17/30GK106082692SQ201610425153
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月16日
【发明人】杨得全
【申请人】杨得全