一种防指纹抗菌薄膜的制备方法及防指纹抗菌薄膜的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种防指纹抗菌薄膜的制备方法，在反应气氛中采用磁控溅射在基材表面形成一层防指纹抗菌薄膜；所述磁控溅射采用的靶材为聚四氟乙烯、二氧化硅和二氧化钛的混合物，所述反应气氛为保护气体和反应气体的混合物，所述反应气体为CF4或SiF4。本发明提供的防指纹抗菌薄膜的制备方法，采用磁控溅射的方法在触摸屏表面一次成型制备一层具有低表面能的二氧化钛掺杂的氟-碳-硅薄膜，工艺简单；得到的防指纹抗菌薄膜，在保持结合力、耐磨性和耐腐蚀性较好的前提下具有抗菌和防手印的效果。
【专利说明】一种防指纹抗菌薄膜的制备方法及防指纹抗菌薄膜
【技术领域】
[0001]本发明属于薄膜材料制备领域，尤其涉及一种防指纹抗菌薄膜的制备方法及由该制备方法制备得到的防指纹抗菌薄膜。
【背景技术】
[0002]触摸屏作为一种最新的输入技术，是目前最简单、方便、自然的一种人机交互方式。它赋予了多媒体以崭新的面貌，是极富吸引力的全新多媒体交互设备。随着电子工业的发展，触摸屏的应用越来越广泛，从最初的小屏幕手机、MP3，到现在大尺寸屏幕的电脑、ATM、医疗、工业控制设备及显示器和电视机。特别是近两年，iPhone手机和ipad电脑的推出带动了触摸屏技术的发展，这一技术也正逐渐应用到其他的便携电子产品上。触摸屏在带来方便、舒适和快捷的同时，因使用过程中手指经常触碰屏幕表面留下指纹印和油污，不易清洗，时间一长就会影响屏幕的正常使用。并且这些屏经常与不同用户接触，会产生大量细菌滋生，从小的皮肤病更严重的中毒、疾病和传染病，会对用户造成严重的健康隐患。
【发明内容】
[0003]本发明解决了现有技术中存在的触摸屏在使用过程中表面易粘留指纹印和油污、且不具有抗菌性的技术问题，提供了一种防指纹抗菌薄膜的制备方法以及由该制备方法制备得到的防指纹抗菌薄膜。
[0004]具体地，本发明的 技术方案为:
一种防指纹抗菌薄膜的制备方法，在反应气氛中采用磁控溅射在基材表面形成一层防指纹抗菌薄膜；所述磁控溅射采用的靶材为聚四氟乙烯、二氧化硅和二氧化钛的混合物，所述反应气氛为保护气体和反应气体的混合物，所述反应气体为CF4或SiF4。
[0005]一种防指纹抗菌薄膜，所述防指纹抗菌薄膜由本发明提供的制备方法制备得到。
[0006]本发明提供的防指纹抗菌薄膜的制备方法，采用磁控溅射的方法在触摸屏表面一次成型制备一层具有低表面能的二氧化钛掺杂的氟-碳-硅薄膜(即本发明提供的防指纹抗菌薄膜)，工艺简单。采用本发明提供的制备方法制备得到的防指纹抗菌薄膜，一方面能使屏幕表面具有较大的油接触角和低附着性，达到屏幕表面不易脏污和易清洁的效果；另一方面具有抗菌性能；此外，本发明所制备的防指薄膜具有良好的耐摩擦性能。
【具体实施方式】
[0007]本发明提供了一种防指纹抗菌薄膜的制备方法，在反应气氛中采用磁控溅射在基材表面形成一层防指纹抗菌薄膜；所述磁控溅射采用的靶材为聚四氟乙烯、二氧化硅和二氧化钛的混合物，所述反应气氛为保护气体和反应气体的混合物，所述反应气体为CF4或SiF4。
[0008]本发明提供的防指纹抗菌薄膜的制备方法，采用磁控溅射的方法在触摸屏表面一次成型制备一层具有低表面能的二氧化钛掺杂的氟-碳-硅薄膜(即本发明提供的防指纹抗菌薄膜)，工艺简单。采用本发明提供的制备方法制备得到的防指纹抗菌薄膜，一方面能使屏幕表面具有较大的油接触角和低附着性，达到屏幕表面不易脏污和易清洁的效果；另一方面具有抗菌性能；此外，本发明所制备的防指薄膜具有良好的耐摩擦性能。
[0009]本发明的发明人发现:氟-碳-硅薄膜能使屏幕表面具有较大的油接触角和低附着性，达到屏幕表面不易脏污和易清洁的效果；同时在该氟-碳-硅薄膜中掺杂二氧化钛，在光线的作用下会产生强烈催化降解功能，从而能有效杀灭多种细菌，并能将细菌或真菌释放出的毒素分解及无害化处理；同时还具备除臭、抗污等功能。
[0010]同时，采用本发明提供的制备方法制备得到防指纹抗菌薄膜中，该薄膜中TiO2中存在氟离子掺杂，能够改变TiO2的光生载流子传输、比表面积、孔道结构、表面酸度等本征性质，从而影响光生电子-空穴派对的复合和对母体化合物的吸附，因此能进一步提高薄膜的光催化活性。发明人认为:(1)由于F2P的态密度分析显示其呈现于价带的底部，与02p存在少许重叠，从而显示了很强的紫外光范围吸附，紫外光激发活性非常高，可显著提高光催化杀菌效率；(2)形成Ti3+捕获光电子从而减少电子-空穴对复合率，电子-空穴对光催化起主要作用，电子-空穴对的增加，提高了有效电子的数量，提高光催化效率；(3)增强表面酸度、生成氧空穴并提升有效电子的移动性，提高光催化杀菌效率。
[0011]现有技术中的防指纹抗菌薄膜一般为多层结构，一方面膜层结构复杂、其成型工艺也相应复杂；另一方面，各层功能单一。而本发明的制备方法制得的防指纹抗菌薄膜，为单层结构，通过元素掺杂能使膜层中各组分的功能发生协同作用，使其抗菌和防指纹效果明显优于多层膜叠加的效果。采用本发明的制备方法制得的防指纹抗菌薄膜，其中含有Si元素，为薄膜与玻璃的附着力提供了保障。
[0012]具体地，本发明中，所述靶材中聚四氟乙烯、二氧化硅与二氧化钛的摩尔比为1:(0.05~1):(0.05~1)。优选情况下，所述靶材中聚四氟乙烯、二氧化硅与二氧化钛的摩尔比为 1(1~0.1~0.5):(0.1~0.5)。
[0013]本发明中，所述靶材可通过本领域技术人员制备得到，其制备方法为:将聚四氟乙烯颗粒、二氧化硅颗粒与二氧化钛颗粒按比例混合均匀，拌油熟化后装胚出胚，经烧结并车削成型，得到所述靶材。上述拌油、熟化和烧结的方法为本领域技术人员所公知，例如所述拌油的方法可以将聚四氟乙烯颗粒、二氧化硅颗粒、二氧化碳颗粒与5wt%的石墨混合均匀；所述熟化方法可以为在250°C静置30min ;所述烧结方法可以为330_380°C烧结30min。
[0014]本发明中，所述反应气氛为保护气体与反应气体的混合物，其中反应气体中的原子或分子会与靶材中的原子共同在衬底表面沉积，形成所述防指纹抗菌薄膜。所述反应气氛中，保护气体为N2或惰性气体。惰性气体即为元素周期表中零族元素对应的气体。所述反应气体为CF4或SiF4，其可提高沉积的薄膜中F的含量，从而得到高性能的薄膜。
[0015]优选情况下，所述反应气氛中保护气体与反应气体的体积流量比为1:(0.1~1)。
[0016]本发明中，保护气体和反应气体均采用纯度大于99.99%的气体，防止在薄膜中引入其它杂质元素。所述保护气体的体积流量为200-500 sccm,反应气体的体积流量为大于
O至 200sccm。
[0017]本发明采用的磁控溅射可以为各种方式的磁控溅射，例如可以采用射频磁控溅射。且可以采用现有的磁控溅射设备完成，例如本发明采用的是13.56MHz、3KW的射频电源作为工作电源的磁控溅射镀膜机(北京北仪真空JP-900A)完成。[0018]具体地，所述磁控溅射的方法为:将真空室抽真空至5.0X10_3 Pa以下，充入反应气氛，直至气压为0.3-2Pa，优选为0.5-1 Pa，调整偏压为50-500V，占空比为15%_90%，以300-3000W的功率溅射5-25min。优选情况下，所述磁控溅射在恒定的功率下进行。更优选情况下，溅射功率为900-1500W。磁控溅射的条件更优选为:偏压为50-250V，占空比为40-60%，溅射时间为8-15min。
[0019]在进行所述磁控溅射之前，还包括对基材进行超声波清洗处理。所述超声波清洗的方法为本领域常用的，例如在20KHz的超声中水洗10-25min。这样可以提高制得的防指纹抗菌薄膜在基材表面的附着力和透光率。
[0020]优选情况下，在进行磁控溅射之前还包括对基材进行离子轰击处理，以提高基材表面的活性，从而提高磁控溅射膜层与基材的结合力。所述对基材进行离子轰击处理的步骤为本领域技术人员所公知，例如可以对基材表面进行氩离子轰击处理。所述氩离子轰击处理的方法为:将基材放置在工件架上，将真空室抽真空至1.0X 10_2 - 8.0X10_2 Pa，充入氩气，至气压为0.l_5Pa，优选为0.5-3.0Pa，然后在偏压为200-1000V、占空比为20-70%的条件下轰击5-20min。优选情况下，偏压为400-800V，占空比为35_55%，轰击处理时间为8-15min。
[0021]本发明还提供了一种防指纹抗菌薄膜，所述防指纹抗菌薄膜由本发明提供的制备方法制备得到。本发明所制备的防指纹抗菌薄膜，在保持结合力、耐磨性和耐腐蚀性较好的前提下还具有抗菌和防指纹的效果。
[0022]优选情况下，所述防指纹抗菌薄膜的厚度为10_50nm，可保证其具有优异的透光率和防指纹效果。更优选情况下，所述防指纹抗菌薄膜的厚度为10-30nm，从而使该薄膜不会影响远屏幕的视觉效果和透光率。 [0023]为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0024]实施例1
将聚偏氟乙烯颗粒、二氧化硅颗粒与二氧化钛颗粒混合(聚偏氟乙烯、二氧化硅与二氧化钛的摩尔比为1:0.5:0.5)，然后拌油、熟化，再经过装胚、出胚，并进行烧结成胚，经车削后得到本实施例的靶材Al。
将玻璃基底在20KHz的超声仪器中水洗20min，将清洗后的玻璃基材放入磁控溅射仪的真空炉内，关闭炉门，开启真空泵进行抽真空，抽真空至1.2 X l(T2Pa，通入氩气至真空度为1.5Pa，在偏压为600V、占空比为50%，对玻璃基底进行氩离子轰击处理，时间为8min。
然后将靶材Al放入真空室内，关闭炉门抽真空至真空度为5.0 X 10?,通入Ar和CF4,Ar的体积流量为400sccm，CF4的体积流量为200sccm，调节Ar和CF4的体积比例为1:0.5，使真空度为1.0Pa，开启射频电源，靶电源功率为1000W，偏压200V，占空比为50%，时间为IOmin0冷却3min后出炉，得到厚度为20nm的表面具有防指纹抗菌薄膜BI的样品B10。
[0025]实施例2
将聚偏氟乙烯颗粒、二氧化硅颗粒与二氧化钛颗粒混合(聚偏氟乙烯、二氧化硅与二氧化钛的摩尔比为1:0.1:0.1)，然后拌油、熟化，再经过装胚、出胚，并进行烧结成胚，经车削后得到本实施例的靶材A2。将玻璃基底在20KHz的超声仪器中水洗20min，将清洗后的玻璃基材放入磁控溅射仪的真空炉内，关闭炉门，开启真空泵进行抽真空，抽真空至1.2Xl(T2Pa，通入氩气至真空度为1.5Pa，在偏压为600V、占空比为50%，对玻璃基底进行氩离子轰击处理，时间为8min。
然后将靶材A2放入真空室内，关闭炉门抽真空至真空度为4.5X 10?,通入Ar和SiF4, Ar的体积流量为333sccm，SiF4的体积流量为267sccm，调节Ar和SiF4的体积比例为
1:0.8，使真空度为1.0Pa，开启射频电源，靶电源功率为2000W，偏压300V，占空比为50%，时间为15min。冷却3min后出炉，得到厚度为30nm的表面具有防指纹抗菌薄膜B2的样品B20。
[0026]实施例3
将聚偏氟乙烯颗粒、二氧化硅颗粒与二氧化钛颗粒混合(聚偏氟乙烯、二氧化硅与二氧化钛的摩尔比为1:0.05:0.05)，然后拌油、熟化，再经过装胚、出胚，并进行烧结成胚，经车削后得到本实施例的靶材A3。
将玻璃基底在20KHz的超声仪器中水洗20min，将清洗后的玻璃基材放入磁控溅射仪的真空炉内，关闭炉门，开启真空泵进行抽真空，抽真空至1.2X l(T2Pa，通入氩气至真空度为1.5Pa，在偏压为600V、占空比为50%，对玻璃基底进行氩离子轰击处理，时间为8min。
然后将靶材A3放入真空室内，关闭炉门抽真空至真空度为5.0 X 10?,通入Ar和CF4,Ar的体积流量为300SCCm，CF4的体积流量为300sCCm，调节Ar和CF4的体积比例为1:1，使真空度为1.0Pa，开启射频电源，靶电源功率为1000W，偏压200V，占空比为50%，时间为IOmin0冷却3min后出炉，得到厚度为20nm的表面具有防指纹抗菌薄膜B3的样品B30。
[0027]实施例4
将聚偏氟乙烯颗粒、二氧化硅颗粒与二氧化钛颗粒混合(聚偏氟乙烯、二氧化硅与二氧化钛的摩尔比为1:1:1)，然后拌油、熟化，再经过装胚、出胚，并进行烧结成胚，经车削后得至Ij本实施例的靶材A4。
将玻璃基底在20KHz的超声仪器中水洗20min，将清洗后的玻璃基材放入磁控溅射仪的真空炉内，关闭炉门，开启真空泵进行抽真空，抽真空至1.2 X l(T2Pa，通入氩气至真空度为1.5Pa，在偏压为600V、占空比为50%，对玻璃基底进行氩离子轰击处理，时间为8min。
然后将靶材A4放入真空室内，关闭炉门抽真空至真空度为5.0X 10_3Pa，通入Ar和CF4,Ar的体积流量为550SCCm，CF4的体积流量为55sCCm，调节Ar和CF4的体积比例为1:0.1，使真空度为1.0Pa，开启射频电源，靶电源功率为1000W，偏压200V，占空比为50%，时间为IOmin0冷却3min后出炉，得到厚度为20nm的表面具有防指纹抗菌薄膜B4的样品B40。
[0028]对比例I
制备方法与实施例1相同，不同的是，采用二氧化硅靶材取代实施例1中的靶材Al，得到本对比例的具有薄膜DBl的样品DB10。
[0029]对比例2
制备方法与实施例1相同，不同的是，采用二氧化钛靶材取代实施例1中的靶材Al，得到本对比例的薄膜DB2的样品DB20。
[0030]对比例3
在玻璃基材上采用真空镀膜法依次镀制厚度为IOnm 二氧化硅膜和厚度为IOnm的二氧化钛膜，得到本对比例的具有薄膜DB3的样品DB30。[0031]性能测试
对上述制备得到的样品B10-B40和DB10-DB30进行如下性能测试。
[0032]1、抗菌效果测试:取上述样品5*5cm，放入培养皿中，加入20mL的10mg/L浓度亚甲基蓝溶液，利用300W氙灯照射3h，记录降解率。
[0033]2、接触角测试
以接触角测量仪(德国Dataphysics公司生产的型号为0CA20 ;主要技术指标为:接触角测量范围:0-180°，测量精度:±0.1° )测定十六烷在样品表面的接触角，采用即滴即测的方式测试。
[0034]3、耐摩擦测试
采用耐磨擦测试机(型号为HD-206)，接触面为0000#钢丝绒，接触面积2cmX 2cm，负重500g，行程35mm，摩擦速度为50循环/分。测试1000次后再进行接触角测试。
[0035]测试结果如表1所示。
【权利要求】
1.一种防指纹抗菌薄膜的制备方法，在反应气氛中采用磁控溅射在基材表面形成一层防指纹抗菌薄膜；其特征在于，所述磁控溅射采用的靶材为聚四氟乙烯、二氧化硅和二氧化钛的混合物，所述反应气氛为保护气体和反应气体的混合物，所述反应气体为CF4或S1F4。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述靶材中聚四氟乙烯、二氧化硅与二氧化钛的摩尔比为1:(0.05~1):(0.05~1)。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述靶材中聚四氟乙烯、二氧化硅与二氧化钛的摩尔比为1:(0.1-ο.5):(0.1-ο.5)。
4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，制备所述靶材的方法为:将聚四氟乙烯颗粒、二氧化硅颗粒与二氧化钛颗粒按比例混合均匀，拌油熟化后装胚出胚，经烧结并车削成型，得到所述靶材。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述保护气体为N2或惰性气体。
6.根据权利要求1或5所述的制备方法，其特征在于，所述反应气氛中保护气体与反应气体的体积流量比为1:(0.f 1)。
7.根据权利要求1或5所述的制备方法，其特征在于，所述保护气体的体积流量为200-500 sccm,反应气体的体积流量为大于O至200sccm。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述磁控溅射的方法为:将真空室抽真空至5.0 X 10_3 Pa以下，充入反应气氛，直至气压为0.3-2Pa，调整偏压为50-500V，占空比为 15%-90%，以 300-3000W 的功率溅射 5_25m1n。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在进行所述磁控溅射之前，还包括对基材进行超声波清洗和离子轰击处理的步骤。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述离子轰击处理为氩离子轰击处理，步骤为:将真空室抽真空至1.0 X 10_2 - 8.0X10_2 Pa，充入氩气，至气压为0.l_5Pa，然后在偏压为200-1000V、占空比为20-70%的条件下轰击5_20m1n。
11.一种防指纹抗菌薄膜，其特征在于:所述防指纹抗菌薄膜由权利要求1-10任一项所述的制备方法制备得到。
12.根据权利要求11所述的防指纹抗菌薄膜，其特征在于，在基材表面形成的防指纹抗菌薄膜的厚度为10-50nm。
【文档编号】C23C14/35GK103882391SQ201210559291
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2012年12月21日 优先权日:2012年12月21日
【发明者】周维, 孙永亮 申请人:比亚迪股份有限公司