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首页 / 专利分类库 / 玻璃;矿棉或渣棉 / 一种自清洁涂层、自清洁结构、制作方法、玻璃幕墙及监控设备

一种自清洁涂层、自清洁结构、制作方法、玻璃幕墙及监控设备

申请号 CN202311763776.4 申请日 2023-12-20 公开(公告)号 CN117800615A 公开(公告)日 2024-04-02
申请人 浙江大华技术股份有限公司; 发明人 郑博达; 徐琼华; 汪聪; 陈洁; 郜春山; 郑东辉; 刘丁熙; 陈鸿武; 邓志吉; 王雅莉;
摘要 本 申请 公开一种自清洁涂层、自清洁结构、制作方法、玻璃 幕墙 及监控设备,该自清洁涂层包括:导电层;胶柱阵列层,设于导电层的至少一侧表面,胶柱阵列层包括多个纳米胶柱,每个纳米胶柱的一端与导电层连接;其中,每个纳米胶柱的侧面设有至少一个电致 变形 结构件,每个纳米胶柱的至少一个电致变形结构件与导电层间隔设置。本申请的自清洁涂层通过在基底表面设置导电层,以保证基底表面的 导电性 ,并在导电层的表面设置胶柱阵列层,胶柱阵列层的每个纳米胶柱上设置至少一个电致变形结构件,且至少一个电致变形结构件与导电层间隔设置,以使电致变形结构件在交变 电场 作用下产生变形,从而使胶柱阵列层进行振动,实现机械主动除尘。
权利要求

1.一种自清洁涂层,其特征在于,包括:
导电层;
胶柱阵列层,设于所述导电层的至少一侧表面,所述胶柱阵列层包括多个纳米胶柱,每个所述纳米胶柱的一端与所述导电层连接;
其中,每个所述纳米胶柱的侧面设有至少一个电致变形结构件,每个所述纳米胶柱的至少一个所述电致变形结构件与所述导电层间隔设置。
2.根据权利要求1所述的自清洁涂层,其特征在于,每个所述纳米胶柱的与所述导电层间隔设置的电致变形结构件与所述导电层的距离大于等于所述纳米胶柱的高度的一半。
3.根据权利要求1所述的自清洁涂层,其特征在于,每个所述纳米胶柱的侧面设有两个所述电致变形结构件,任一所述纳米胶柱的两个所述电致变形结构件沿所述纳米胶柱的高度方向错位设置,其中一个所述电致变形结构件与所述导电层间隔设置,另一个所述电致变形结构件与所述导电层连接。
4.根据权利要求3所述的自清洁涂层,其特征在于,在所述导电层的正投影面内,任一所述纳米胶柱的两个所述电致变形结构件沿第一方向设置。
5.根据权利要求4所述的自清洁涂层,其特征在于,所述纳米胶柱在所述导电层的正投影为长方形或正多边形,每个所述纳米胶柱的两个电致变形结构件分别设于纳米胶柱的两个相对侧面。
6.根据权利要求1‑5任一项所述的自清洁涂层,其特征在于,所述纳米胶柱为纳米胶柱。
7.根据权利要求1‑5任一项所述的自清洁涂层,其特征在于,每个所述纳米胶柱的垂直于第一方向的高度为20‑40nm。
8.根据权利要求1‑5任一项所述的自清洁涂层,其特征在于,所述电致变形结构件的材质包括纳米锆酸铅或纳米钛酸钡中的至少一种。
9.根据权利要求1‑4任一项所述的自清洁涂层,其特征在于,所述导电层的厚度为10‑
15nm;所述导电层的材质包括金或铂中的一种。
10.一种自清洁结构,其特征在于,包括如权利要求1‑9任一项所述的自清洁涂层和基底,所述自清洁涂层设于所述基底的至少一侧表面。
11.根据权利要求10所述的自清洁结构,其特征在于,所述基底为玻璃基底。
12.一种自清洁涂层的制作方法,其特征在于,包括:
提供覆有导电层的基底,在所述导电层的表面制备形成胶柱阵列层;
在所述胶柱阵列层的每个纳米胶柱的侧面制备形成电致变形结构件,在所述基底表面形成所述自清洁涂层。
13.根据权利要求12所述的制作方法,其特征在于,在所述导电层的表面制备形成胶柱阵列层,包括:
在所述导电层的表面设置具有孔洞阵列的掩模结构,将带有所述掩模结构的基底放入二氧化硅胶团溶液中进行电泳处理,在所述掩模结构的孔洞阵列对应的导电层的表面形成二氧化硅纳米胶柱阵列,去除所述掩模结构得到所述胶柱阵列层。
14.根据权利要求13所述的制作方法,其特征在于,在所述导电层的表面设置具有孔洞阵列的掩模结构,包括:
在所述导电层背离所述基底的一侧表面制备形成金属层;
对所述金属层的背离所述基底的一侧进行表面氧化处理,在所述金属层的表面形成金属氧化层;
在所述金属氧化层表面涂布光刻胶,依次经曝光显影处理和湿法刻蚀处理后得到所述孔洞阵列;
移除剩余光刻胶,形成所述掩模结构。
15.根据权利要求14所述的制作方法,其特征在于,所述金属层的厚度为1.2‑1.5um,所述金属层的材质包括或锌中的一种。
16.根据权利要求14所述的制作方法,其特征在于,所述金属氧化层的厚度为0.8‑
1.0um。
17.根据权利要求14所述的制作方法,其特征在于,所述孔洞阵列的每个孔洞的直径为d=0.8‑1.2μm,任意相邻孔洞的间距为D=0.8‑1.2μm。
18.根据权利要求12‑17任一项所述的制作方法,其特征在于,在所述胶柱阵列层的每个纳米胶柱的侧面制备形成电致变形结构件,包括:
将所述胶柱阵列层放入改性的电致变形材料分散液中进行表面吸附处理,在二氧化硅纳米胶柱阵列表面形成电致变形结构层,对所述电致变形结构层进行刻蚀形成电致变形结构件,并刻蚀去除二氧化硅纳米胶柱对应区域外的导电层,得到自清洁涂层。
19.一种玻璃幕墙,其特征在于,包括如权利要求10‑11任一项所述的自清洁结构。
20.一种监控设备,其特征在于,包括如权利要求10‑11任一项所述的自清洁结构。

说明书全文

一种自清洁涂层、自清洁结构、制作方法、玻璃幕墙及监控

设备

技术领域

[0001] 本申请涉及视窗涂层技术领域,尤其涉及一种自清洁涂层、自清洁结构、制作方法、玻璃幕墙及监控设备。

背景技术

[0002] 户外装置,如应用于室外露天场的监控设备,其视窗表面经常会吸附脏污、灰层等物质,从而影响监控设备的成像质量。为了解决这个问题,一些研究者开发了疏、亲水的自清洁涂层来实现非主动除污。无论是亲水膜还是疏水膜,在长期户外使用过程中也会导致自清洁功能的下降,无法实现主动清洁。发明内容
[0003] 本申请公开了一种自清洁涂层、自清洁结构、制作方法、玻璃幕墙及监控设备,以提供一种能够实现主动清洁的涂层。
[0004] 为达到上述目的,本申请提供以下技术方案:
[0005] 第一方面,本申请提供了一种自清洁涂层,包括:
[0006] 导电层;
[0007] 胶柱阵列层,设于所述导电层的至少一侧表面,所述胶柱阵列层包括多个纳米胶柱,每个所述纳米胶柱的一端与所述导电层连接;
[0008] 其中,每个所述纳米胶柱的侧面设有至少一个电致变形结构件,每个所述纳米胶柱的至少一个所述电致变形结构件与所述导电层间隔设置。
[0009] 本申请的自清洁涂层通过在基底表面设置导电层,以保证基底表面的导电性,并在导电层的表面设置胶柱阵列层,胶柱阵列层的每个纳米胶柱上设置至少一个电致变形结构件,且至少一个电致变形结构件与导电层间隔设置,来实现自清洁功能。具体地,当需要除尘时,向导电层引入交流电,胶柱阵列层上的电致变形结构件在外加交变电场的作用下反复发生伸长或收缩,从而使胶柱阵列层发生振动,实现机械主动除尘。
[0010] 在一些实施例中,每个所述纳米胶柱的与所述导电层间隔设置的电致变形结构件与所述导电层的距离大于等于所述纳米胶柱的高度的一半。
[0011] 在一些实施例中,每个所述纳米胶柱的侧面设有两个所述电致变形结构件,任一所述纳米胶柱的两个所述电致变形结构件沿所述纳米胶柱的高度方向错位设置,其中一个所述电致变形结构件与所述导电层间隔设置,另一个所述电致变形结构件与所述导电层连接。
[0012] 在一些实施例中,在所述导电层的正投影面内,任一所述纳米胶柱的两个所述电致变形结构件沿第一方向设置。
[0013] 在一些实施例中,所述纳米胶柱在所述导电层的正投影为长方形或正多边形,每个所述纳米胶柱的两个电致变形结构件分别设于纳米胶柱的两个相对侧面。
[0014] 在一些实施例中,所述纳米胶柱为纳米胶柱。
[0015] 在一些实施例中,每个所述纳米胶柱的垂直于第一方向的高度为20‑40nm。在一些实施例中,所述电致变形结构件的材质包括纳米锆酸铅或纳米钛酸钡中的至少一种。
[0016] 在一些实施例中,所述导电层的厚度为10‑15nm;所述导电层的材质包括金或铂中的一种。
[0017] 第二方面,本申请提供了一种自清洁结构,包括如第一方面所述的自清洁涂层和基底,所述自清洁涂层设于所述基底的至少一侧表面。
[0018] 在一些实施例中,所述基底为玻璃基底。
[0019] 第三方面,本申请提供了一种自清洁涂层的制作方法,包括:
[0020] 提供覆有导电层的基底,在所述导电层的表面制备形成胶柱阵列层;
[0021] 在所述胶柱阵列层的每个纳米胶柱的侧面制备形成电致变形结构件,在所述基底表面形成所述自清洁涂层。
[0022] 在一些实施例中,在所述导电层的表面制备形成胶柱阵列层,包括:
[0023] 在所述导电层的表面设置具有孔洞阵列的掩模结构,将带有所述掩模结构的基底放入二氧化硅胶团溶液中进行电泳处理,在所述掩模结构的孔洞阵列对应的导电层的表面形成二氧化硅纳米胶柱阵列,去除所述掩模结构得到所述胶柱阵列层。
[0024] 在一些实施例中,在所述导电层的表面设置具有孔洞阵列的掩模结构,包括:
[0025] 在所述导电层背离所述基底的一侧表面制备形成金属层;
[0026] 对所述金属层的背离所述基底的一侧进行表面氧化处理,在所述金属层的表面形成金属氧化层;
[0027] 在所述金属氧化层表面涂布光刻胶,依次经曝光显影处理和湿法刻蚀处理后得到所述孔洞阵列;
[0028] 移除剩余光刻胶,形成所述掩模结构。
[0029] 在一些实施例中,所述金属层的厚度为1.2‑1.5um,所述金属层的材质包括或锌中的一种。
[0030] 在一些实施例中,所述金属氧化层的厚度为0.8‑1.0um。
[0031] 在一些实施例中,所述孔洞阵列的每个孔洞的直径为d=0.8‑1.2μm,任意相邻孔洞的间距为D=0.8‑1.2μm。
[0032] 在一些实施例中,在所述胶柱阵列层的每个纳米胶柱的侧面制备形成电致变形结构件,包括:
[0033] 将所述胶柱阵列层放入改性的电致变形材料分散液中进行表面吸附处理,在二氧化硅纳米胶柱阵列表面形成电致变形结构层,对所述电致变形结构层进行刻蚀形成电致变形结构件,并刻蚀去除二氧化硅纳米胶柱对应区域外的导电层,得到自清洁涂层。
[0034] 第四方面,本申请提供了一种玻璃幕墙,包括如第二方面所述的自清洁结构。
[0035] 第五方面,本申请提供了一种监控设备,包括如第二方面所述的自清洁结构。附图说明
[0036] 图1为本申请实施例提供的一种自清洁涂层的结构示意图;
[0037] 图2为本申请实施例提供的另一种自清洁涂层的结构示意图;
[0038] 图3为本申请实施例提供的另一种自清洁涂层的结构示意图;
[0039] 图4为本申请实施例提供的一种自清洁涂层的制作方法工艺路线图。
[0040] 图标:1、基底;2、导电层;3、胶柱阵列层;31、纳米胶柱;4、电致变形结构件;5、金属层;6、金属氧化层;7、光刻胶;8、孔洞阵列;9、掩模结构。

具体实施方式

[0041] 下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。其中,在本申请实施例的描述中,除非另有说明,“/”表示或的意思,例如,A/B可以表示A或B;文本中的“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系,例如,A和/或B,可以表示:单独存在A,同时存在A和B,单独存在B这三种情况,另外,在本申请实施例的描述中,“多个”是指两个或多于两个。
[0042] 以下,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为暗示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征,在本申请实施例的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。
[0043] 第一方面,本申请实施例提供了一种自清洁涂层,自清洁涂层可设于基底的一侧表面。自清洁涂层包括导电层、胶柱阵列层和电致变形结构件。
[0044] 图1为本申请实施例提供的一种自清洁涂层的结构示意图。如图1所示,胶柱阵列层3设于导电层2的至少一侧表面,胶柱阵列层3包括多个纳米胶柱31,每个纳米胶柱31的一端与导电层2连接;其中,每个纳米胶柱31的侧面设有至少一个电致变形结构件4,每个纳米胶柱31的至少一个电致变形结构件4与导电层2间隔设置。导电层2的材质包括金或铂中的一种,其厚度为10‑15nm,例如10nm、11nm、12m、13nm、14nm、15nm等。纳米胶柱31为二氧化硅纳米胶柱。电致变形结构件4的材质包括纳米锆钛酸铅或纳米钛酸钡中的至少一种。
[0045] 作为示例性的说明,参照图1,每个纳米胶柱31设有一个电致变形结构件4,且每个电致变形结构件4均和导电层2间隔设置,且每个纳米胶柱31的沿导电层2厚度方向的高度为20‑40nm,例如20nm、25nm、30nm、35nm、40nm等。向导电层2通入交流电时,每个电致变形结构件4在外加交变电场的作用下,其内部电子和空穴会发生移动,产生极化,从而引起电致变形结构件4的伸长或收缩变形,进而引起纳米胶柱31发生振动,实现机械式主动除尘。
[0046] 继续参照图1,每个纳米胶柱31的与导电层2间隔设置的电致变形结构件4与导电层2的距离大于等于纳米胶柱31的高度的一半。如此设置的目的是当电致变形结构件4发生变形时,每个纳米胶柱31可以实现较大幅度的振动,提高除尘效果。
[0047] 图2为本申请实施例提供的另一种自清洁涂层的结构示意图。如图3所示,任一纳米胶柱31的两个电致变形结构件4沿纳米胶柱31的高度方向错位设置,并且设置在纳米胶柱31水平中线的两侧,其中一个电致变形结构件4与导电层2间隔设置,另一个电致变形结构件4与导电层2连接。如图3中所示方位,在外加电场的作用下,每个纳米胶柱31左上侧的电致变形结构件4和右下侧的电致变形结构件4均会发生伸长或收缩变形。示例性的,在外加电场作用下,若左上侧的电致变形结构件4和右下侧的电致变形结构件4均发生伸长变形,则纳米胶柱31在电致变形结构件4的变形过程中将会向左转动;当电场方向改变时,左上侧的电致变形结构件4和右下侧的电致变形结构件4均发生收缩变形,则纳米胶柱31在电致变形结构件4的变形过程中将会向右转动;如此往复,在外加交变电场的作用下,电致变形结构件4的发生反复的伸长或收缩变形,进而引起纳米胶柱31发生振动,实现机械式主动除尘。右下侧的电致变形结构件4发生变形时,会对纳米胶柱31的下部产生作用,增加振动幅度,提升除尘效果。
[0048] 图3为本申请实施例提供的另一种自清洁涂层的结构示意图。如图2所示,每个纳米胶柱31的侧面设有两个电致变形结构件4,在导电层2的正投影面内,任一纳米胶柱31的两个电致变形结构件4均沿同一方向设置,如均沿第一方向(图2中与导电层2平行的方向)设置。如图2中所示方位,在外加电场的作用下,每个纳米胶柱31左侧的电致变形结构件4和右侧的电致变形结构件4均会发生伸长或收缩变形,在此情况下,可进一步增加每个纳米胶柱31的振动幅度,提高除尘效果。
[0049] 纳米胶柱31在所述导电层的正投影为长方形或正多边形,每个纳米胶柱31的两个电致变形结构件4分别设于纳米胶柱的两个相对侧面。参照图2‑3,作为一种较优的选择,纳米胶柱31为四棱柱结构,在外加电场作用下,电致变形结构件4的变形引起每个纳米胶柱31的振动,实现除尘。
[0050] 需要说明的是,图1‑3仅仅作为纳米胶柱31设计的一种实施例,也就是说,若能实现更好地除尘效果,纳米胶柱31还可以设计成其他形状的柱体,例如六棱柱、八棱柱等。
[0051] 第二方面,本申请实施例还提供了一种自清洁结构,包括如第一方面所述的自清洁涂层和基底。其中,所述基底为玻璃基底。由于自清洁结构包括自清洁涂层的全部技术特征,因此,自清洁结构也包括自清洁涂层的全部有益效果,在此不再赘述。
[0052] 第三方面,本申请实施例还提供了一种自清洁涂层的制作方法,参照图4,具体包括以下步骤:
[0053] (1)在导电层2背离基底1的一侧表面制备形成金属层5;
[0054] (2)对金属层5的背离基底1的一侧进行表面氧化处理,在金属层5的表面形成金属氧化层6;
[0055] (3)在金属氧化层表面涂布光刻胶7,依次经曝光显影处理和湿法刻蚀处理后得到孔洞阵列8;
[0056] (4)移除剩余光刻胶7,在导电层的表面形成具有孔洞阵列8的掩模结构9。
[0057] (5)将带有掩模结构9的基底1放入二氧化硅胶团溶液中进行电泳处理,在掩模结构9的孔洞阵列8对应的导电层2的表面形成二氧化硅纳米胶柱阵列,去除掩模结构9得到胶柱阵列层3;
[0058] (6)将胶柱阵列层3放入改性的电致变形材料分散液中进行表面吸附处理,在二氧化硅纳米胶柱阵列表面形成电致变形结构层,对电致变形结构层进行刻蚀形成电致变形结构件4,并刻蚀去除二氧化硅纳米胶柱对应区域外的导电层2,在基底1表面形成自清洁涂层。
[0059] 需要说明的是,在制作自清洁涂层之前,需要对基底1进行超声清洗和自然干燥,并进行前处理,前处理包括臭氧处理、等离子清洗、紫外接枝等中的任意一种。
[0060] 在一些实施例中,金属层5的材质包括纯铝或纯锌中的一种,厚度为1.2‑1.5um,例如1.2um、1.25um、1.3um、1.35um、1.4um、1.45um、1.5um等。金属氧化层6的厚度为0.8‑1.0um,例如0.8um、0.85um、0.9um、0.95um、1.0um等。孔洞阵列8的每个孔洞的直径为d=
0.8‑1.2μm,例如0.8um、0.85um、0.9um、0.95um、1.0um、1.05um、1.1um、1.15um、1.2μm等,任意相邻孔洞的间距为D=0.8‑1.2μm,例如0.8um、0.85um、0.9um、0.95um、1.0um、1.05um、
1.1um、1.15um、1.2μm等。
[0061] 本申请通过上述制作方法制得自清洁涂层,涂层采用纯无机材料体系,且无需外部条件刺激,只需对导电层2施加交流电,电致变形结构件4在外加电场的作用下,内部电子和空穴会发生移动,产生极化,从而引起电致变形结构件4的伸长和收缩变形,进而引起纳米胶柱31的振动,实现机械式主动除尘。
[0062] 在一种具体实施例中,自清洁涂层的制作方法具体包括以下步骤:
[0063] (1)超声清洗玻璃基底,自然干燥后,采用等离子体清洗10min;
[0064] (2)将玻璃基底放入腔室中,通过磁控溅射制备一层铂层,厚度控制为10nm;
[0065] (3)在铂层表面通过磁控溅射制备一层金属铝层,厚度控制为1.2um;
[0066] (4)将金属铝层在硫酸溶液中进行表面阳极氧化处理,硫酸的浓度为160g/L,电压设置为18V,时间为4min,在金属铝层的表面形成氧化铝层,氧化铝层的厚度为0.8um;
[0067] (5)在氧化铝层表面涂布光刻胶,依次经曝光显影处理和湿法刻蚀处理后得到孔洞阵列,刻蚀溶液为盐酸,孔洞直径为d=1μm,间距D=1μm;
[0068] (6)移除剩余光刻胶,在铂层的表面形成具有孔洞阵列的掩模结构(由氧化铝和金属铝组成)。
[0069] (7)将带有掩模结构的玻璃基底放入二氧化硅胶团溶液中进行电泳处理,在掩模结构的孔洞阵列对应的铂层的表面形成二氧化硅纳米胶柱阵列,化学刻蚀(溶液为盐酸)去除掩模结构得到胶柱阵列层,电泳过程电压控制为1V,PH值控制为2,时间控制为20min;
[0070] (8)将胶柱阵列层放入改性的电致变形材料分散液中进行表面吸附处理,在二氧化硅纳米胶柱阵列表面形成电致变形结构层;
[0071] (9)对电致变形结构层进行激光刻蚀形成电致变形结构件,并激光刻蚀去除二氧化硅纳米胶柱对应区域外的铂层,激光光斑尺寸为400nm,对电致变形结构层的刻蚀时间为1min,在基底引入交流电后便形成机械式摇摆自清洁涂层。
[0072] 该自清洁涂层经国标测试方法,其膜层经800h使用时间后,未发生腐蚀脱落,耐盐雾性能良好;经336h的快速温变后,其自清洁性能保持良好;在户外放置30天后透过率变化为1%以内,即防尘效果良好。
[0073] 需要补充说明的是,湿法刻蚀过程中溶液为盐酸,铂层不与盐酸发生反应,从而保证玻璃表面的导电性,同时可以作为负极基板构建二氧化硅纳米胶柱阵列(带正电)。通过添加阴离子表面活性剂对电致变形材料进行分散和改性,使电致变形材料通过静电吸附于二氧化硅纳米胶柱阵列表面,阴离子表面活性剂包括十二烷基苯磺酸钠、十二烷基羧酸钠等中的任意一种。此外,铂层不会吸附电致变形材料,保证后续在交变电场下二氧化硅纳米胶柱阵列最下端是不会移动的,从而提高涂层的可靠性。
[0074] 第四方面,本申请实施例还提供了一种玻璃幕墙,包括如第二方面所述的自清洁结构。由于玻璃幕墙包括自清洁结构,自清洁结构包括自清洁涂层的全部技术特征,因此,玻璃幕墙也包括自清洁涂层的全部有益效果,在此不再赘述。
[0075] 第五方面,本申请实施例还提供了一种监控设备,包括如第二方面所述的自清洁结构。由于监控设备包括自清洁结构,自清洁结构包括自清洁涂层的全部技术特征,因此,监控设备也包括自清洁涂层的全部有益效果,在此不再赘述。
[0076] 显然,本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样,倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内,则本申请也意图包含这些改动和变型在内。