防霧納米紋理表面及包含這種表面的制品的制作方法
【專利摘要】本文公開用于透明基材的防霧透明納米紋理表面。本文還公開包括其上形成有防霧透明納米紋理表面的基材的制品。
【專利說明】防霧納米紋理表面及包含這種表面的制品
[0001] 相關申請 本申請要求2013年3月14日提交的標題為"ANTI-FOGNANOTEXTUREDSURFACESAND ARTICLESCONTAININGTHESAME"（防霧納米紋理表面及包含這種表面的制品）的美國臨 時專利申請序號13/828,073的優(yōu)先權和權益，其全部公開內(nèi)容通過引用結合到本文中。
[0002] 本公開的領域 本公開涉及防霧透明納米紋理表面。本公開還涉及包含在其上形成有這種表面的透明 基材的制品。
[0003] 背景 對于透明基材，例如眼鏡片、風鏡、面罩、頭盔面板、汽車風檔、太陽能板罩等，結霧可能 很麻煩，因為結霧降低通過基材的清晰度和透明度。當水分在基材表面上凝結并且拉伸成 散光的微小液滴時出現(xiàn)霧。這在基材處在低于周圍環(huán)境的溫度時出現(xiàn)。對于眼鏡片和其它 透明基材，可施加防霧涂層，以減少或消除結霧。此類防霧涂層一般為親水性質(zhì)，并且用作 以所謂的"潤濕"作用使水跨基材表面鋪展或鋪開。
[0004] 親水類型的防霧涂層通常具有存在于制劑的例如表面活性試劑（也稱為"表面活 性劑"）的化學物質(zhì)，這種化學物質(zhì)用于降低基材上水的表面張力，從而使其跨表面鋪開，即 "潤濕"表面，而不是凝結成液滴。產(chǎn)生的水鋪開作用使散光的水液滴的形成最小化，并因此 使結霧的發(fā)生最小化，產(chǎn)生改善的通過透明基材的可見性。使水跨表面鋪開的防霧親水表 面通常顯示與水小于90°的接觸角，更通常約10°。在某些情況下，親水涂層或親水表面 也可通過將水吸收進入涂層或表面本身而防止形成水液滴。
[0005] 通常這些類型防霧涂層需要大量表面活性劑在基材上給予長期持續(xù)防霧作用。這 是因為，此類涂層中的表面活性劑一般只與涂層物理相關，即，物理截留在涂層的聚合物網(wǎng) 絡內(nèi)，并且隨時間洗掉或流失，產(chǎn)生對涂層表面的暫時防霧性質(zhì)。另外，使用大量表面活性 劑可不利地影響涂層的機械強度。
[0006] 概述 本文公開用于透明基材的防霧透明納米紋理表面。本發(fā)明還公開包括在其上形成有防 霧透明納米紋理表面的透明基材的制品。
[0007] 根據(jù)本公開的實施方案，防霧透明納米紋理表面包括垂直柱陣列。垂直柱陣列具 有14%至65%的陣列表面分數(shù)（0 S) ;45至125nm的平均陣列間距；50至150nm的平均柱高 度；和2. 5至7. 5的粗糙度。根據(jù)某些實施方案，納米紋理表面為超疏水性。
[0008] 根據(jù)其它實施方案，制品包括透明基材和在基材上形成的本文公開的至少一部分 納米紋理表面。
[0009] 附圖簡述 圖1顯示根據(jù)本文公開的納米紋理表面的實施方案具有圓形橫截面的垂直柱陣列的 一部分的透視圖。
[0010] 圖2顯示根據(jù)本文公開的納米紋理表面的實施方案具有正方形橫截面的垂直柱 陣列的一部分的透視圖。
[0011] 圖3A為根據(jù)實施例1的納米紋理表面的俯視掃描電子顯微圖像。
[0012] 圖3B為根據(jù)比較實施例1的納米紋理表面的俯視掃描電子顯微圖像。
[0013] 圖4顯示根據(jù)本文公開的實施方案包括透明基材和在基材上形成的納米紋理表 面的制品的一部分的橫截面。
[0014] 圖5顯示根據(jù)本文公開的納米紋理表面的實施方案具有圓頂?shù)拇怪敝嚵械囊?部分的側視橫截面。
[0015] 圖6顯示根據(jù)實施例1B、比較實施例1B和對照B的反射光譜，即波長-反射百分 率。
[0016] 詳述 本發(fā)明公開用于透明基材的防霧透明納米紋理表面。本發(fā)明還公開包括在其上形成有 防霧透明納米紋理表面的透明基材的制品。
[0017] 根據(jù)本文公開的實施方案，納米紋理表面包括垂直柱（即垂直納米柱）陣列。陣 列的垂直柱具有50至150nm的平均高度（"havg"）和45至125nm的平均間距（"pavg"）。 總的來說，術語"間距"指陣列中柱間的中心至中心的距離。因此，陣列的平均間距（pavg) 為陣列中所有柱的平均中心至中心距離。根據(jù)某些實施方案，陣列中柱間各單獨間距可基 本上相同，或者可在整個陣列中變化，只要對各單獨間距所取的平均間距滿足前述值，即45 至125nm的pavg。除非本文另外指明，短語"基本相同"是指由于制造公差和過程具有較小 差異但另外具有相同的預定設計參數(shù)的尺寸或參數(shù)。一般來說，具有基本相同的單獨間距 的陣列具有在陣列中柱的規(guī)則周期性，即行和列的布置。相反，至少與具有基本相同的單獨 柱間距的陣列相比，具有不同單獨間距的陣列可具有在陣列內(nèi)不均勻的垂直柱周期性。根 據(jù)某些實施方案，陣列優(yōu)選具有在陣列中垂直柱之間基本相同的單獨間距。另外，根據(jù)某些 前述實施方案，陣列具有在陣列中規(guī)則的柱周期性。
[0018] 陣列垂直柱具有在陣列內(nèi)基本相同的形狀。垂直柱的形狀特征是柱的高度和橫截 剖面。除非本文另外指明，短語"基本相同的形狀"是指柱具有相同設計參數(shù)，即對于高度相 同的設計參數(shù)和對于柱橫截面相同的設計參數(shù)，但由于制造公差和過程具有較小的實際形 狀差異。本文公開的實施方案的垂直柱的適合形狀的非限制實例包括具有圓形或等角多邊 形橫截面的柱。本文所用術語"等角多邊形"是指其中所有頂角相等的多邊形。適用于本 文公開的柱橫截面的等角多邊形的非限制實例包括等角三角形；等角四邊形（如長方形和 正方形）；等角五邊形；等角六邊形等。如本文所用，柱的橫截面形狀，例如圓形或等角多邊 形，例如正方形、長方形等，是指橫截面的設計參數(shù)。本領域的普通技術人員應了解，由于制 造公差和過程，實際橫截面可偏離實際圓形和等角多邊形（例如正方形和多邊形），例如， 實際制造的剖面可具有較小偏差，使圓形成為橢圓形，而對于等角多邊形，例如正方形和長 方形，實際橫截面可以為梯形或非正方形/非長方形的平行四邊形等。優(yōu)選本文公開的陣 列中單獨柱的橫截面為圓形、長方形或正方形。另外，根據(jù)本文公開的實施方案，優(yōu)選垂直 柱的上表面（例如，頂或峰）具有圓形形狀，例如半球形。除非本文另外指明，柱的圓形上 表面也被稱為柱的"圓頂"。
[0019] 圖1、2和5顯示根據(jù)本文公開的納米紋理表面的實施方案陣列的不同視圖。圖1 顯示包含具有圓形橫截面的垂直柱11的陣列10的一部分的透視圖。柱11具有上表面12 和底13。根據(jù)本文公開的實施方案，在垂直柱具有圓形橫截面時，例如柱11，柱一般具有高 度"h"、直徑"d"和間距"P"，如圖1中所示。
[0020] 圖2顯示包含具有正方形橫截面的垂直柱21的陣列20的一部分的透視圖。柱21 具有上表面22和底23。根據(jù)本文公開的實施方案，在柱具有正方形橫截面時，例如柱21， 柱一般具有高度"h"、邊長"a"和間距"p"。
[0021] 圖5顯示柱51的陣列50的一部分的垂直（S卩，側視）橫截面。柱51具有圓頂， 即，上表面52。如果陣列中的垂直柱具有圓頂52,則在頂54的底與柱53的底之間測量柱 51的高度（"h"），如圖5中所示。
[0022] 除非本文另外指明，本文公開的垂直柱的術語"橫截面"是指沿柱的橫軸截取的截 面，例如垂直柱的軸A-A，如圖1、2和5中所示。根據(jù)本文公開的實施方案，各垂直柱11、21 或51的橫截面面積沿柱的高度（h)基本是均勻的，例如，柱11、21或51的橫截面區(qū)域沿柱 的高度（h)在柱13或23的底到上表面12或22 (如果柱11或21具有平表面）或到頂54 的底（如果柱51具有圓頂52)具有基本相同的橫截面面積。
[0023] 圖3A，其為根據(jù)實施例1的納米紋理表面的掃描電子顯微圖像，圖示說明柱的實 例布置，由本文公開的實施方案的陣列的俯視圖，顯著地顯示柱的實例周期性。
[0024] 根據(jù)本文公開的實施方案，納米紋理表面的陣列具有大于13%的表面分數(shù)（0 S)，包 括14%至65%，優(yōu)選19%至65%，更優(yōu)選24%至65%。表面分數(shù)（0S)為柱的橫截面面積與承 載柱的總面積之比，其中承載柱的總面積包括陣列中柱下和柱間的面積（具體地講，承載 柱的總面積為pavg2)。表面分數(shù)一般表示與公開的納米紋理表面的"Cassie-Baxter"（也稱 為承托（fakir))態(tài)液滴接觸的總表面積，這在以下更詳細討論。
[0025] 例如，根據(jù)本文公開的某些實施方案，具有圓形橫截面的陣列的表面分數(shù)由以下 式⑴確定，
【權利要求】
1. 一種用于透明基材的防霧透明納米紋理表面，所述納米紋理表面包括垂直柱陣列， 所述垂直柱陣列具有： 14%至65%的陣列表面分數(shù)（0,); 45至125nm的平均陣列間距； 50至150nm的平均柱高度；和 2. 5至7. 5的粗趟度。
2. 權利要求1的納米紋理表面，其中所述陣列中各單獨柱的橫截面為圓形或等角多 邊形。
3. 權利要求1的納米紋理表面，其中： 在所述陣列包含具有圓形橫截面的柱時，所述柱具有25至lOOnm的平均直徑，或者 在所述陣列包含具有正方形橫截面的柱時，所述柱具有25至lOOnm的平均邊長。
4. 權利要求1的納米紋理表面，其中所述陣列的表面分數(shù)（0,)為19%至65%。
5. 權利要求1的納米紋理表面，其中所述陣列的表面分數(shù)（0,)為24%至65%。
6. 權利要求1的納米紋理表面，其中所述表面包含至少一個選自硬化組合物、可硬化 組合物和金屬氧化物的層。
7. 權利要求1的納米紋理表面，其中所述表面包含至少一個二氧化娃層。
8. 權利要求1的納米紋理表面，其中所述表面的反射百分率小于或等于沒有納米紋 理的類似表面的反射百分率，其中所述類似表面為與所述表面相同的材料，但沒有所述納 米紋理。
9. 權利要求1的納米紋理表面，其中至少部分所述納米紋理表面具有在其上沉積的 至少一個疏水層。
10. 權利要求9的納米紋理表面，其中所述至少一個疏水層的厚度為1至lOnm。
11. 權利要求1的納米紋理表面，其中所述陣列中各單獨間距不同。
12. -種制品，所述制品包含透明基材和在該基材上形成的權利要求1的至少一部分 納米紋理表面。
13. 權利要求12的制品，其中所述至少一部分納米紋理表面為制品的外層。
14. 權利要求12的制品，所述制品進一步包括布置在所述基材和所述納米紋理表面 之間的層，該層選自底涂層、抗磨層、減反射層及它們的組合。
15. 權利要求12的制品，其中所述基材為眼鏡片。
【文檔編號】B32B33/00GK104470712SQ201380038173
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年5月10日 優(yōu)先權日:2013年3月14日
【發(fā)明者】德什潘德 K., 布萊克伯恩 S., 巖住正典 申請人:Sdc 科技有限公司