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，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摻雜的復(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候，介帶中的電子被激發(fā)，越過價帶進入導(dǎo)帶，在導(dǎo)帶和價帶上形成電子-空穴對，電子、空穴具有不同的活性，分別與吸附在TiO2表面的有機物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成水和CO2,從而達到降解有機物的目的。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時間的親水性，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，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,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。事實上，由于張應(yīng)力下Ti-O鍵變長，使得吸附的-OH基的數(shù)目增多。在缺乏紫外光照射時，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時間的親水效果，美國專利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物作用，對其分解。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時間的親水性。但是他們沒有給出TiO2作為親水膜層或光催化膜層時，TiO2的微觀結(jié)構(gòu)對膜的影響和限制。

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膜總體積比小于5%。更進一步地說，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，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膜總體積之比較小，膜層質(zhì)地較硬，起到耐磨損的保護內(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。兩層光催化薄膜之間形成孔體積對膜總體積比的漸進過渡，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，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?？左w積對膜總體積比可以通過測量膜的折射率決定，折射率可以用橢圓偏振儀測
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中任意一項所述的自清潔防霧元件，其特征在于所述的摻雜元素對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B32B33/00GK102582137SQ201210009
公開日2012年7月18日 申請日期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 申請人:蘇州羿日新能源有限公司