阅读说明：本技术 具有减反功能的防雾玻璃及其制备方法 (Anti-fog glass with anti-reflection function and preparation method thereof ) 是由 何冰晓 林炜杰 张睿智 吴信昌 刘风雷 唐健 于 2020-07-14 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种具有减反功能的防雾玻璃及其制备方法,属于材料制备技术领域。具有减反功能的防雾玻璃的制备方法,包括：将玻璃基底与预设溶液反应,使得玻璃基底的表面形成多孔纳米分层结构以得到具有减反功能的防雾玻璃,其中,预设溶液包含有碳酸氢根离子,且溶质质量分数为2％至15％。本发明的目的在于提供一种具有减反功能的防雾玻璃及其制备方法,能够使水在接触玻璃表面时迅速铺展开,即降低水在玻璃表面的接触角,从而实现防雾效果,同时能够提供优异的减反效果。(The invention provides anti-fog glass with an anti-reflection function and a preparation method thereof, belonging to the technical field of material preparation. The preparation method of the antifogging glass with the antireflection function comprises the following steps: reacting the glass substrate with a preset solution to form a porous nano layered structure on the surface of the glass substrate so as to obtain the antifogging glass with the antireflection function, wherein the preset solution contains bicarbonate ions, and the mass fraction of solute is 2-15%. The invention aims to provide antifogging glass with an antireflection function and a preparation method thereof, which can rapidly spread water when contacting the surface of the glass, namely reduce the contact angle of the water on the surface of the glass, thereby realizing an antifogging effect and simultaneously providing an excellent antireflection effect.)

具有减反功能的防雾玻璃及其制备方法

技术领域

本发明涉及材料制备技术领域，具体而言，涉及一种具有减反功能的防雾玻璃及其制备方法。

背景技术

起雾是自然界常见的现象之一，当环境温度低于或等于露点，大气中的水汽将会于固体表面凝结成小而分散的液滴。因为这些所形成的液滴形状不规整且分散，入射光线会在其表面发生严重的散射作用，导致光学性质受到严重影响。例如冬天从寒冷的室外步入温暖的室内，眼镜镜面上出现一层水雾而模糊，需要过一段时间才能消散。

阻止起雾现象的方法主要分为两大类，其一是改变周围的环境因素，如加快材料物体周围的空气流速，降低环境湿度等等；其二是改变水滴与固体界面的相互作用关系。如用干抹布在玻璃表面涂抹一层清洁剂，以在固体表面形成亲水膜层，从而减小水在固体表面上的接触角，使水滴能够在固体表面快速铺展开，从而起到防雾的效果。

在上述第二类方法中，目前常用的方式是制备亲水膜层，以达到玻璃防雾的目的。但是由于亲水膜层制备工艺的限制，防雾玻璃的性能和工序上存在缺陷。一方面，亲水膜层的耐久性能差，或是需要一定条件(紫外光照等)激发防雾性能；另一方面，制备工序也存在耗时繁琐、使用危化品等弊端。另外，所制备的亲水膜层功能单一化，局限于表面化学领域的应用，未拓展其他领域(如光学方向)的应用，即不具备减反效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有减反功能的防雾玻璃及其制备方法，能够使水在接触玻璃表面时迅速铺展开，即降低水在玻璃表面的接触角，从而实现防雾效果，同时能够提供减反效果。

本发明的实施例是这样实现的：

本发明实施例的一方面，提供一种具有减反功能的防雾玻璃的制备方法，包括：将玻璃基底与预设溶液反应，使得玻璃基底的表面形成多孔纳米分层结构以得到具有减反功能的防雾玻璃，其中，预设溶液包含有碳酸氢根离子，且溶质质量分数为2％至15％。

可选地，将玻璃基底与预设溶液反应，包括：

将玻璃基底和预设溶液置于反应容器中，并在预设反应时长内使反应容器保持预设反应温度、或在预设反应时长内通过阶梯式变温的方式使所述反应容器保持预设反应温度。

可选地，预设反应温度为110℃至180℃。

可选地，预设反应时长为2小时至30小时。

可选地，预设溶液为碳酸氢钠溶液。

可选地，玻璃基底为苏打玻璃，且预设溶液的溶质质量分数为7.7％。

可选地，玻璃基底为硼硅酸盐浮法平板玻璃，且预设溶液的溶质质量分数为14.4％。

本发明实施例的另一方面，提供一种具有减反功能的防雾玻璃，包括：通过上述任意一项的具有减反功能的防雾玻璃的制备方法进行制备。

可选地，玻璃基底为高透射率改性苏打玻璃，该具有减反功能的防雾玻璃的表面与水的接触角为6°至25°。

可选地，玻璃基底为硼硅酸盐浮法平板玻璃，该具有减反功能的防雾玻璃的表面与水的接触角为5°至15°。

本发明实施例的有益效果包括：

本发明实施例提供的一种具有减反射功能的防雾玻璃的制备方法，可以通过将玻璃基底与含有碳酸氢根离子、且溶质质量分数为2％至15％的预设溶液进行反应，以使处理后的玻璃基底的表面形成多孔纳米分层结构。由于玻璃基底的表面形成的多孔纳米分层结构，具有极大的比表面积，因此水分子附着在该多孔纳米分层结构上时，水分子会从多孔纳米分层结构表面处的大孔滑向其内部的小孔，从而使水珠能够铺展开来，进而起到玻璃基底表面具有防雾的效果。并且，由于玻璃基底表面形成了多孔纳米分层结构，该多孔纳米分层结构能够降低玻璃基底表面的折射率，从而使玻璃基底的表面具有梯度变化的折射率，使其反射光干涉相消，实现减反射的功能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的具有减反功能的防雾玻璃的制备方法的流程示意图；

图2为本发明实施例1所得到的表面形成有多孔纳米分层结构的玻璃基体的表面电镜图像；

图3为本发明实施例2所得到的表面形成有多孔纳米分层结构的玻璃基体的表面电镜图像；

图4为本发明实施例3所得到的表面形成有多孔纳米分层结构的玻璃基体的表面电镜图像；

图5为本发明实施例3所得到的表面形成有多孔纳米分层结构的玻璃基体的断面电镜图像；

图6为本发明实施例1至3分别得到的表面形成有多孔纳米分层结构的玻璃基体的反射光光谱图；

图7为本发明实施例1至3分别得到的表面形成有多孔纳米分层结构的玻璃基体的透射光光谱图；

图8为本发明实施例4所得到的表面形成有多孔纳米分层结构的玻璃基体的表面电镜图像；

图9为本发明实施例5所得到的表面形成有多孔纳米分层结构的玻璃基体的表面电镜图像；

图10为本发明实施例5所得到的表面形成有多孔纳米分层结构的玻璃基体的断面电镜图像；

图11为本发明实施例4和5分别得到的表面形成有多孔纳米分层结构的玻璃基体的反射光光谱图；

图12为本发明实施例4和5分别得到的表面形成有多孔纳米分层结构的玻璃基体的透射光光谱图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

本发明实施例提供一种具有减反功能的防雾玻璃的制备方法，如图1所示，包括：

S101：将玻璃基底与预设溶液反应，使得玻璃基底的表面形成多孔纳米分层结构以得到具有减反功能的防雾玻璃，其中，预设溶液包含有碳酸氢根离子，且溶质质量分数为2％至15％。

需要说明的是，在实际应用中，将玻璃基底与预设溶液反应，可以是将预设溶液放置于反应容器(反应釜等)中，然后将玻璃基底浸入预设溶液并进行预设反应时长的高温(预设反应温度)加热反应，其中，预设反应温度下的加热反应还可以通过阶梯式变温的方式，例如110℃保持1小时，在150℃保持2小时等。当然，还可以将预设溶液进行高温加热，使生成的高温蒸汽朝向玻璃基底的表面喷射，以使高温蒸汽与玻璃基底的表面反应。

其中，预设溶液可以是具有碳酸氢根的溶液。在实际应用中，该预设溶液可以是碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸氢铵等强碱酸式盐水溶液。并且，预设反应温度可以是110℃至180℃，例如120℃、150℃、160℃等，在实际应用中，本领域技术人员可以根据实际采用的预设溶液与特定玻璃基底反应所需的温度来确定预设反应温度。并且，预设反应时长可以是2小时至30小时，例如，5小时、10小时、15小时、25小时、30小时等，在实际应用中，本领域技术人员可以根据实际反应情况对预设反应时长进行确定，以使玻璃基底的表面能够完全形成多孔纳米分层结构。

以碳酸氢钠为例，其与玻璃基底(玻璃基底中的硅酸盐)在高温(120℃)下的反应可以如下所示：

2NaHCO₃→NaCO₃+CO₂+H₂O；

Na₂SiO₃+CO₂+H₂O→H₂SiO₃+NaCO₃；

本发明实施例提供的具有减反射功能的防雾玻璃的制备方法，可以通过将玻璃基底与含有碳酸氢根离子、且溶质质量分数为2％至15％的预设溶液进行反应，以使处理后的玻璃基底的表面形成多孔纳米分层结构。由于玻璃基底的表面形成的多孔纳米分层结构，具有极大的比表面积，因此水分子附着在该多孔纳米分层结构上时，水分子会从多孔纳米分层结构表面处的大孔滑向其内部的小孔，从而使水珠能够铺展开来，进而起到玻璃基底表面具有防雾的效果。并且，由于玻璃基底表面形成了多孔纳米分层结构，该多孔纳米分层结构能够降低玻璃基底表面的折射率，从而使玻璃基底的表面具有梯度变化的折射率，使其反射光干涉相消，实现减反射的功能。

实施例1：

配制溶质质量分数为7.7％(即质量比为7.7wt.％)的碳酸氢钠溶液，以玻璃BF33(Borofloat 33，是schott公司的一款硼硅酸盐浮法平板玻璃)作为玻璃基底，将两者置于化学反应釜中恒温120℃保持20个小时，以在玻璃基体表面形成多孔纳米分层结构，得到具有减反功能的防雾玻璃。

实施例2：

配制溶质质量分数为11.2％(即质量比为11.2wt.％)的碳酸氢钠溶液，以玻璃BF33(Borofloat 33，是schott公司的一款硼硅酸盐浮法平板玻璃)作为玻璃基底，将两者置于化学反应釜中恒温120℃保持20个小时，以在玻璃基体表面形成多孔纳米分层结构，得到具有减反功能的防雾玻璃。

实施例3：

配制溶质质量分数为14.4％(即质量比为14.4wt.％)的碳酸氢钠溶液，以玻璃BF33(Borofloat 33，是schott公司的一款硼硅酸盐浮法平板玻璃)作为玻璃基底，将两者置于化学反应釜中恒温120℃保持20个小时，以在玻璃基体表面形成多孔纳米分层结构，得到具有减反功能的防雾玻璃。

试验例1：

分别对上述实施例1至3所得到的表面形成有多孔纳米分层结构的玻璃基体，进行反射光光谱检测，以及对玻璃基体两侧表面接触角进行测量。并分别对各玻璃基体的表面进行电子显微镜扫描。

如图2所示，为实施例1所得到的表面形成有多孔纳米分层结构的玻璃基体的表面电镜图像；如图3所示，为实施例2所得到的表面形成有多孔纳米分层结构的玻璃基体的表面电镜图像；如图4所示，为实施例3所得到的表面形成有多孔纳米分层结构的玻璃基体的表面电镜图像；如图5所示，为实施例3所得到的表面形成有多孔纳米分层结构的玻璃基体的断面电镜图像。

由上述图像可看出，实施例1至3对玻璃基体进行处理后，玻璃基体均能够形成较好的多孔纳米分层结构。

如图6和图7所示，为对应于实施例1至3，碳酸氢钠的溶质质量分数分别为7.7％、11.2％和14.4％时，以及不进行反应处理时，各玻璃基体的反射光光谱图以及透射光光谱图。由图中可以看出，实施例1至3处理后的玻璃基体，相比于不做处理的玻璃基体，均能够具有较好的减反效果。其中，随着碳酸氢钠溶质质量分数增至14.4％时，光谱呈明显的波浪形状产生干涉相消。并且，相较于未处理的玻璃基体，处理后的玻璃基体的反射率下降约4％，透射率上升约3％。

根据瑞利散射规律，粒子尺度小于入射光波长时，散射强度与入射光的频率四次方成正比，频率愈高(波长愈短)，散射愈强。并且，瑞利散射规律的前提是微粒的直径必须远小于入射光波长，上界大约是波长的1/10，所以可知处理后玻璃表面的小孔形貌尺寸(直径)约40-80nm。

如下表所示，为对应于实施例1至3分别得到的表面形成有多孔纳米分层结构的玻璃基体的两侧表面的接触角测量值。

由此可见，实施例1至3处理后的玻璃基体，相比于不做处理的玻璃基体，其表面与水作用后均具有较小的接触角，因此具有更好的亲水性，均能够使水珠在其表面迅速铺开，具有较好防雾效果。

实施例4：

配制溶质质量分数为7.7％(即质量比为7.7wt.％)的碳酸氢钠溶液，以玻璃B270i(是Schott公司的一款高透射率改性苏打玻璃)作为玻璃基底，将两者置于化学反应釜中恒温120℃保持20个小时，以在玻璃基体表面形成多孔纳米分层结构，得到具有减反功能的防雾玻璃。

实施例5：

配制溶质质量分数为11.2％(即质量比为11.2wt.％)的碳酸氢钠溶液，以玻璃B270i(是Schott公司的一款高透射率改性苏打玻璃)作为玻璃基底，将两者置于化学反应釜中恒温120℃保持20个小时，以在玻璃基体表面形成多孔纳米分层结构，得到具有减反功能的防雾玻璃。

试验例2：

分别对上述实施例4和5所得到的表面形成有多孔纳米分层结构的玻璃基体，进行反射光光谱检测，以及对玻璃基体两侧表面接触角进行测量。并分别对各玻璃基体的表面进行电子显微镜扫描。

如图8所示，为实施例4所得到的表面形成有多孔纳米分层结构的玻璃基体的表面电镜图像；如图9所示，为实施例5所得到的表面形成有多孔纳米分层结构的玻璃基体的表面电镜图像；如图10所示，为实施例5所得到的表面形成有多孔纳米分层结构的玻璃基体的断面电镜图像。

由上述图像可看出，实施例4和5对玻璃基体进行处理后，玻璃基体均能够形成较好的多孔纳米分层结构。

如图11和图12所示，为对应于实施例4和5，碳酸氢钠的溶质质量分数分别为7.7％、11.2％时，以及不进行反应处理时，各玻璃基体的反射光光谱图以及透射光光谱图。由图中可以看出，实施例4和5处理后的玻璃基体，相比于不做处理的玻璃基体，均能够具有较好的减反效果。当碳酸氢钠溶质质量分数为11.2％时，相较于未处理的玻璃基体，处理后的玻璃基体的反射率下降约3％，透射率上升约3％。当碳酸氢钠溶质质量分数为7.7％时，相较于未处理的玻璃基体，处理后的玻璃基体的反射率下降约2％，透射率上升约1％。

如下表所示，为对应于实施例4和5分别得到的表面形成有多孔纳米分层结构的玻璃基体的两侧表面的接触角测量值。

由此可见，实施例4和5处理后的玻璃基体，相比于不做处理的玻璃基体，其表面均与水具有较小的接触角，因此其表面具有更好的亲水性，均能够使水珠在其表面迅速铺开，具有较好防雾效果。

本发明实施例的另一方面，提供一种具有减反功能的防雾玻璃，其通过上述的具有减反功能的防雾玻璃的制备方法进行制备。

该具有减反射功能的防雾玻璃，可以是以苏打玻璃、硼硅酸盐浮法平板玻璃等作为基体材料制成。

并且，该具有减反射功能的防雾玻璃的表层是由单一材料组成的，其厚度以及折射率需要满足以下条件：

D＝λ/4n_c；n_c＝(n_a×n_s)^1/2；

其中，D为所述多孔纳米分层结构的厚度，λ为入射所述玻璃的光波长，n_c、n_a、n_s分别为所述多孔纳米分层结构、空气、所述玻璃基底的折射率。在实际应用中，空气和玻璃基底的折射率是固定不变的，因此该具有减反功能的防雾玻璃表层多孔纳米分层结构的折射率n_c约为1.22。

示例地，玻璃基底为苏打玻璃时，其表面与水的接触角为6°至25°。玻璃基底为硼硅酸盐浮法平板玻璃时，其表面与水的接触角为5°至15°。

本领域技术人员应当清楚的了解到，上述具有减反功能的防雾玻璃由于使用了本申请中具有减反功能的防雾玻璃的制备方法进行制备，因此，其有益效果和具体实施例与之相同，可参考前述方法实施例和相关说明，在此不再赘述。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。