本实用新型涉及玻璃制造领域，具体而言，涉及一种自清洁玻璃、自清洁镜头和摄像设备。
背景技术：
在城市的道路、小区等室外公共场所，布满了用于交通监控、安全监控等的各式各样的监控镜头，监控镜头长期暴露于外部环境，城市内灰尘、雾霾污染严重，很容易累积灰尘，从而影响镜头的可见度，降低监控效果。如果一一对这些镜头进行人工清洗费时费力，大大增加工作成本。
此外，监控摄像头也常常用于野外的研究工作，长时间使用的情况下也不可避免的会堆积很多灰尘，由于处于荒郊野外，不仅清洗不方便，清洗成本更高。
此外，在城市中的高层楼宇越来越多，外墙的玻璃窗长期暴露于外部环境，也很容易累积灰尘，不仅难于清洁，而且清洁工作也非常危险。
因此，迫切需要具有性能良好的自清洁玻璃和镜头。然而，现有的自清洁玻璃和镜头要么自清洁能力不足，要么透光率不足，要么长时间保持自清洁的能力不足。
技术实现要素：
本实用新型目的在于提出一种新的自清洁玻璃、自清洁镜头和摄像设备。
本实用新型的一个实施方案提供一种自清洁玻璃，包括：
玻璃本体以及位于所述玻璃本体上的微米凹凸结构层和位于凹凸结构层上的低表面能层，所述凹凸结构层由亲水性纳米二氧化钛形成，并且所述低表面能层包括十七氟癸基三甲氧基硅烷。
在上述的自清洁玻璃中，所述微米凹凸结构层的厚度为1-8μm，所述低表面能层的厚度为50-200nm。
在上述的自清洁玻璃中，所述亲水性纳米二氧化钛的粒径为2-20nm。
在上述的自清洁玻璃中，所述亲水性纳米二氧化钛为JR05二氧化钛。
在上述的自清洁玻璃中，所述低表面能层还包括硬脂酸。
本实用新型的另一个实施方案提供一种自清洁镜头，所述自清洁镜头用上述的自清洁玻璃制成。
本实用新型的另一个实施方案提供一种摄像设备，包括自清洁镜头，所述自清洁镜头包括：玻璃镜头本体以及位于所述玻璃镜头本体上的微米凹凸结构层和位于凹凸结构层上的低表面能层，所述凹凸结构层由亲水性纳米二氧化钛形成，并且所述低表面能层包括十七氟癸基三甲氧基硅烷。
在上述的摄像设备中，所述微米凹凸结构层的厚度为1-8μm，所述低表面能层的厚度为50-200nm。
在上述的摄像设备中，所述亲水性纳米二氧化钛的粒径为2-20nm。
在上述的摄像设备中，所述亲水性纳米二氧化钛为JR05二氧化钛。
本实用新型的自清洁玻璃和镜头是具有双层结构的高透过率的超疏水玻璃和镜头，自清洁玻璃和镜头表面与水的接触角可为150°-165°范围，自清洁玻璃和镜头的可见光透过率在80％以上，而且超疏水性质可长时间保持稳定。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对本实用新型保护范围的限定。
图1示出了本实用新型一个实施例的自清洁玻璃的示意性结构图。
图2示出了本实用新型一个实施例的自清洁玻璃与水的接触角的测试图。
图3示出了本实用新型一个实施例的自清洁玻璃的光透过率曲线。
图4示出了本实用新型一个实施例的自清洁镜头的SEM照片。
主要元件符号说明：
110-玻璃本体；120-微米凹凸结构层；130-低表面能层。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。
通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在下文中，可在本实用新型的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
在本实用新型的各种实施例中，表述“A或/和B”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合，可包括A、可包括B或可包括A和B二者。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“横向”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本实用新型的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本实用新型的各种实施例中被清楚地限定。
图1中给出了本实用新型一个实施例的自清洁玻璃的示意性结构图。图1的自清洁玻璃包括玻璃本体110以及位于所述玻璃本体110上的微米凹凸结构层120和位于微米凹凸结构层120上的低表面能层130。
微米凹凸结构层120的厚度优选为1-8μm，例如2、3、4、5、6或7μm，优选为3-6微米。微米凹凸结构120过厚时，增加喷涂步骤，增加生产成本，并且会降低可见光的透光率。所述低表面能层的厚度优选为50-200nm，例如55nm、60nm、70nm、80nm、100nm、120nm、150nm或180nm。
微米凹凸结构层120可以由亲水性纳米粒子形成，例如优选由2-20nm亲水性纳米二氧化钛形成。亲水性纳米粒子容易附着于玻璃表面，可通过下文所述的方法形成微米凹凸结构层120。亲水性纳米二氧化钛更优选为JR05二氧化钛。
在微米凹凸结构层120上形成的低表面能层130可以由十七氟癸基三甲氧基硅烷形成，但是更优选由十七氟癸基三甲氧基硅烷和硬脂酸形成。低表面能层130很薄，并且沿着微米凹凸结构层120的起伏形成。
由于在玻璃本体110上形成了微米级的凹凸结构，自清洁玻璃上布满了微米级的突起，而且，在各个突起上还布满了相对更小的突起。此外，在微米凹凸结构层120上形成了随凹凸结构起伏的低表面能层。由此，本实用新型的自清洁玻璃具有超强的疏水性，自清洁玻璃表面与水的接触角可高达165°。利用上述自清洁玻璃制成的超疏水镜头具有自清洁能力，当灰尘粘附在镜头上后，很容易被水滴带走。
在图4中示出了本实用新型一个实施例的自清洁镜头的SEM图。图4中的SEM图是从自清洁镜头的斜上方45°方向拍摄的照片。在图4的左侧的图中可以看出在玻璃镜头分为两层，右侧的图中示出微米凹凸结构表面的SEM电镜照片，从该照片也可以看出，自清洁镜头上布满了小于等约5微米的突起，而且，各个突起上还布满了相对更小的突起，由此形成了疏水结构。
本实用新型的另一个实施方案提供一种摄像设备，其包括上述的自清洁镜头。本实用新型的自清洁镜头可以用于各种摄像设备。例如，可以用于道路的交通摄像设备，用于野外科学研究的摄像设备。普通监控镜头长期暴露于室外环境，容易受到灰尘、雾霾污染严重，很容易累积灰尘，从而影响镜头的可见度，降低监控效果。如果一一对这些镜头进行人工清洗费时费力，大大增加工作成本。而利用本实用新型的自清洁玻璃制成的镜头，由于镜头本身不容易粘附灰尘，而且，粘附其上的灰尘也很容易被雨水带走。
本实用新型的自清洁玻璃可通过如下方法形成：将亲水性纳米二氧化钛的水溶液喷涂在玻璃本体表面上形成微米凹凸结构层。将十七氟癸基三甲氧基硅烷的异丙醇溶液喷涂到所述微米凹凸结构层上后干燥形成低表面能层。
在本实用新型中，微米凹凸结构层以及低表面能层的形成均采用喷涂法，而不采用浸渍方法。采用喷涂法容易控制凹凸结构的厚度，此外，在形成凹凸结构后，在凹凸部分由于毛细现象而有气泡，因此，采用浸渍法形成低表面能层时，需要在溶液中浸泡很长时间，远不如喷涂法快，而且完全浸渍在溶液中时，低表面能层很难充分覆盖相应的凹凸结构，可能导致疏水性不足。
亲水性纳米二氧化钛优选使用JR05二氧化钛，其能够更好地附着在玻璃本体表面。
此外，用于喷涂到微米凹凸结构层上用于形成低表面能层的十七氟癸基三甲氧基硅烷的异丙醇溶液的溶液浓度可以为0.5-4wt％，优选为1-2wt％。此外，该溶液中还优选包括硬脂酸，可以在每100g上述的异丙醇溶液中加入0.5-4g硬脂酸，优选加入1-2g硬脂酸。
所述微米凹凸结构层的厚度为1-8μm，优选其厚度为2-5μm，所述低表面能层的厚度为50-200nm。
在上述的制造自清洁玻璃的方法中，在形成所述微米凹凸结构层之前，优选对玻璃本体表面进行清洁，例如，可以先用醇类溶剂和酯类溶剂交替清洗玻璃本体表面，再用双氧水和浓硫酸的混合溶液对玻璃本体表面进行清洗处理，然后用去离子水冲洗，最后在氨气气氛中干燥。
所述醇类溶剂可以为乙醇和/或乙二醇。酯类溶剂可以为乙酸乙酯、甲酸乙酯、乙酸甲酯中的一种或多种，优选使用乙酸乙酯。所述混合溶液中双氧水和浓硫酸的比例优选为1:3-1:5。可以用醇类溶剂和酯类溶剂交替清洗玻璃本体表面2-6次，优选3-5次，每次清洗2-8分钟，优选3-6分钟。
实施例1
首先，用无水乙醇和乙酸乙酯交替清洗玻璃本体表面3次，每次清洗的时间为5分钟。
然后，用质量比1:4的双氧水和浓硫酸的混合溶液对玻璃本体表面进行清洗处理，清洗5分钟，然后用去离子水冲洗5次，再在氨气气氛中干燥2个小时。
再取一定质量的5nm的JR05二氧化钛分散在一定质量的水中，用磁力搅拌器充分搅拌1个小时，形成浓度为0.5wt％浓度的纳米二氧化钛溶液。
用例如RH-BP型喷笔，调节口径0.2mm，空气压力2bar，喷料出量12ml/min，均匀致密地将配置好的纳米二氧化钛溶液喷涂在玻璃本体表面，控制喷涂距离可为5mm，然后静置，干燥2小时。重复喷涂步骤，共计5次，由此形成微米凹凸结构。
将十七氟癸基三甲氧基硅烷溶解在异丙醇中，形成1％的溶液，每100g溶液中加入1g的硬脂酸溶解。
用例如RH-BP型喷笔，调节口径0.2mm，空气压力1bar，喷料出量12ml/min，均匀致密的将十七氟癸基三甲氧基硅烷和硬脂酸的溶液喷涂在玻璃本体表面的凹凸结构上，控制喷涂距离20mm，然后静置，干燥1小时，便得到透明的超疏水自清洁玻璃。
用接触测试仪测量该超疏水自清洁玻璃的润湿性，结果如图2所示，与水的接触角为160°。利用光学透过率测量仪测试自清洁玻璃的可见光透过率，如图3所示，为87％以上。
实施例2
与实施例1的不同之处在于，将十七氟癸基三甲氧基硅烷溶解在异丙醇中，形成2％的溶液，每100g溶液中加入2g的硬脂酸溶解。最终测得的与水的接触角为165°，可见光的透过率为85％以上。
实施例3
与实施例1的不同之处在于，形成浓度为2.0wt％浓度的纳米二氧化钛溶液。最终测得的与水的接触角为161°，可见光的透过率为85％以上。
实施例4
与实施例1的不同之处在于，在十七氟癸基三甲氧基硅烷的异丙醇溶液中不加入硬脂酸。最终测得的与水的接触角为152°，可见光的透过率为85％以上。在不使用硬脂酸的情况下，接触角大幅降低，由此可见，同时使用十七氟癸基三甲氧基硅烷和硬脂酸具有一定协同作用，能够大幅地提高疏水性。
实施例5
与实施例1的不同之处在于，亲水性纳米二氧化钛利用溶胶凝胶法制备。在冰水浴且搅拌条件下，将四氯化钛滴加到水中得到四氯化钛水溶液，将四氯化钛水溶液滴加到氨水中，得到白色浑浊液，将白色浑浊液抽滤得到白色沉淀，用去离子水反复洗涤6～8次得到正钛酸；称取一定质量的正钛酸，在搅拌下用一定体积的去离子水将其配置成稀浆状物，然后将一定体积的30％的双氧水滴加到稀浆状物中并使其溶解，然后在95℃水浴下搅拌4-7小时，得到淡黄色澄清透明二氧化钛水溶胶，将其在室温下干燥后，放入马弗炉中灼烧获得亲水性纳米二氧化钛。灼烧理温度可以为300-650℃，优选为450-550℃，此实施例中在450℃下灼烧获得15nm的二氧化钛。最终测得的与水的接触角为156°。
实施例6
与实施例4的不同之处在于，此实施例中在550℃下灼烧获得19nm的二氧化钛。最终测得的与水的接触角为150°。
对比例1
与实施例1的不同之处在于，采用5nm的二氧化硅。最终测得的与水的接触角为140°。
对比例2
与实施例1的不同之处在于，采用十七氟三甲氧基乙氧基硅烷和硬脂酸的异丙醇溶液。最终测得的与水的接触角为135°。
对比例3
与实施例1的不同之处在于，采用十七氟三甲氧基乙氧基硅烷和硬脂酸的乙醇溶液。最终测得的与水的接触角为142°。
此外，发明人对以上实施例1-6以进行了超疏水稳定性试验，实施例1-6在温度范围为-20℃、25℃和50℃、相对湿度为10％、50％、75％和95％的环境中放置一年，超疏水性质都没有变化。
本实用新型的超疏水玻璃和镜头表面与水的接触角为150°-165°，其可见光透过率80％以上，而且本实用新型的超疏水玻璃和镜头的制造工艺简单、成本低廉。此外，本实用新型的超疏水玻璃和镜头表面的超疏水性质稳定，在温度范围为-20℃-50℃、相对湿度为10％-95％的环境中放置一年，超疏水性质没有变化。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。