镀膜玻璃防油污研究

论文总字数：25486字

摘 要

本科生签名： 指导导师签名： 日期：

目 录

摘要………………………………………………………………………………………………Ⅰ

………………………………………………………………………………………Ⅱ

1. 绪论……………………………………………………………………………………1
   1. 引言……………………………………………………………………………………1

1.2研究的背景和意义 ……………………………………………………………………1

1.3 减反射膜………………………………………………………………………………2

1.3.1 减反射膜的简介………………………………………………………………2

1.3.2 减反射膜的应用………………………………………………………………2

1.3.3 减反射膜的研究成果与发展方向……………………………………………3

1.4 防油污涂层的制备方法………………………………………………………………3

1.4.1 真空蒸镀法……………………………………………………………………3

1.4.2 溶胶-凝胶法……………………………………………………………………4

1.4.3 化学气相沉积法………………………………………………………………5

1.4.4 旋涂法…………………………………………………………………………5

1.5 论文的结构……………………………………………………………………………6

第二章 超双疏表面……………………………………………………………………………7

2.1 超双疏表面的简介……………………………………………………………………7

2.2 湿润性在固体表面上的理论…………………………………………………………7

2.2.1 表面自由能……………………………………………………………………8

2.2.2 表面粗糙度……………………………………………………………………8

2.2.3 接触角滞后……………………………………………………………………10

第三章 防油污涂层的实验室制备……………………………………………………………12

3.1 AF防油污药水…………………………………………………………………………12

3.2 防油污涂层制备的过程………………………………………………………………13

第四章 防油污减反射膜的性能………………………………………………………………15

4.1 膜层的透光性测试…………………………………………………………………15

4.1.1 膜层的透光性测试的设备…………………………………………………15

4.1.2 膜层的透光性测试的结果…………………………………………………15

4.2 接触角的计算………………………………………………………………………16

4.3 滚落角的测试………………………………………………………………………17

第五章 防油污减反射膜的膜系设计…………………………………………………………18

5.1 光学薄膜优化设计的原理……………………………………………………………18

5.2 光学膜系设计方法……………………………………………………………………19

第六章 结论……………………………………………………………………………………22

6.1 总结……………………………………………………………………………………22

6.2 展望……………………………………………………………………………………22

致谢………………………………………………………………………………………………23

参考文献…………………………………………………………………………………………24

附件一 企业教师毕业设计指导工作记录……………………………………………………25

附件二 企业教师毕业设计指导评价意见表…………………………………………………26

镀膜玻璃防油污研究

摘要

镀膜玻璃作为一种成熟的工业产品，在工业、农业等各个领域中都有着非常广泛的应用，其在人们的日常生活中扮演着越来越重要的角色。而镀膜玻璃的一些不足与缺点也在大量应用中得到了显著的体现，因此防油污涂层凭借其优良的特性成为我们日常生活中不可或缺的一部分，如窗户，太阳能电池板，水泥和涂料。

本文体现了防油污材料和涂料的重要性。通过对减反射膜和超双疏表面的基本理论的了解，来对光学薄膜的特性达到了一定的认识。在减反射膜上面镀上一层防油污涂层，使得减反射膜既能够保持优良的光学特性，在350-700nm波段平均理论反射率小于1%，同时又能够获得防油污的特性。通过TFCalc仿真软件进行膜系设计，获得能够实现这一设计的膜系结构。最后对镀膜玻璃进行一系列光学特性以及防油污性能的测试。

关键词：光学薄膜；超疏水；润湿性；减反射膜；防油污。

As a kind of mature industrial products, coated glass has been widely used in many fields, such as industry, agriculture, etc. It plays a more and more important role in people's daily life. However, some deficiencies and shortcomings of coated glass have also shown up in a large number of applications. Thereby anti-oil coating has become an integral part of our daily life thanking to it's excellent properties, such as a window, solar panels, cement and coatings.

This paper shows the importance of anti-oil grease and paint. Through the studying of the basic theory of reflection films and superhydrophoic and superoleophobic surfaces, the characteristics of optical films are met. The anti-reflection film is plated on a layer of anti-oil coating, the antireflection film is not only able to maintain excellent optical properties, with average reflectivity less than 1% in 350-700nm band, at the same time to acquire properties of anti-oil. Through the TFCalc simulation software, the film system is designed, and the structure of the membrane system could be realized. At last, a series of tests are carried out to get optical properties and anti-oil pollution.

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第一章 绪论

1.1引言

在使用过程中，光学仪器的镜头非常容易被污染，比如摄影摄像时，镜头暴露在大气中，很容易会沾上水滴或者指纹^[1]，而这些水滴或者指纹很难得到彻底清除；而在医疗临床中使用的内窥镜，也很容易受到污染，从而影响医生作业。在军事利用上，光学镜头必须暴露在大气中，因而更加应该提高表面的抗污染能力。因此，油污作为日常生活以及工农业生产中一个司空见惯的问题，具有非常重要的研究意义。

本研究旨在对固体表面的疏水原理与特性以及减反射的原理进行学习了解，再通过膜系优化设计方案，运动特殊算法，设计得到一种具有工艺可行性的膜系结构，在涂上防油污涂层后，能够在保持着良好的光学特性的同时，即极低的反射率，同时还能够达到疏水疏油的特性，也就是所谓的防油污特性。

1.2研究的背景和意义

随着手机的普及越来越广泛，人们对于手机的要求也越来越高。手机屏幕在使用过程中很容易被污染，例如暴露在大气中时易沾上人的指纹以及水滴，污染痕迹很难彻底清除。这也极大的影响了人们对于手机的用户体验。因此如何设计并制造出防油污的减反射薄膜已经提上日程。

大多数时候我们是使用手机贴膜来解决这个问题的。手机贴膜不仅可以防止划痕，保护手机屏幕，避免手机屏幕上留下一道道显眼的伤痕；还可以防油污，防指纹，使得用户视线能够不受影响的使用手机。不过，在性能级别上进行考虑，手机贴膜的质量并不能够令人信服。手机贴膜的耐摩擦性能暂且不纳入考虑范围，但是，手机贴膜的防油污能力确实不足以满足人们的需要。取来市场上很常见的几十元的手机贴膜，轻拭表面，就可以清楚地发现上面呈现出了清晰的手指指纹，大大影响了美观和视觉体验，如若再习惯性的用手指反复擦拭，会发现并不能使指纹消除，反而会形成模糊的擦拭区域，负面的影响有过之而无不及。

现实生活中应用到防油污的方面不胜枚举。日常生活中，厨房油烟机以及周围墙壁的防油污问题困扰着几乎每个家庭。油渍难以清除，大大影响了观感。在工业生产中，船舶的防油污^[2]也是一个非常令人头疼的问题。给船舶涂上防油污的涂层有着显著的意义。

人们对于防油污药水的研究已经经过了很长一段时间了。液相的防油污的药水可以通过一系列的镀膜工艺涂覆到玻璃面板的表面，以达到镀膜的目的。

在光滑的手机屏幕上，指纹、水渍以及油渍等污渍总是显得那么突兀，这已经极大地影响了用户体验以及手机美观程度。而在镀上防油污薄膜的玻璃上，我们可以轻而易举的擦除掉指纹、水渍以及油渍等污渍。这一设计无疑很好的贴近了人们的现实生活中的需求，因此具有非常广阔的前景和市场应用。而在工业生产中，比如在原油运输上，在输油管道内壁上镀疏油涂层后，能够有效地减少原油在管道内壁的吸附，从而降低原油在运输过程中的浪费，因此具有非常重大的经济意义。

减反射膜

减反膜的简介

当光从折射率为的介质射入折射率为的另一介质中时，两介质的分界面上会产生一种很常见的现象，这种现象就叫做光的反射^[3]。

例如，折射率为1.52的冕牌玻璃，每个表面的反射约为4.2%左右。而火石玻璃与其相比，因为折射率较高，表面反射的现象更为明显。这样的结果会带来两个弊端。一、光能量的损失会导致象的亮度也显著降低，影响明显。二、经过多次反射或漫射后，表面反射光可能会对系统的成象质量产生负面的影响。对于电视摄影镜头等一些复杂系统来说，其中都包含了很多表面，如果镜头上没有减反射膜，那么这些表面将不能和空气接触。

为了满足光学领域的需要，目前许多不同类型的减反射膜已经被研制出来。但是对于复杂的光学系统或者激光光学，普通的减反射性并不能满足其需求。比如在大功率激光系统，某些元件被要求具有极低的表面反射来避免敏感元件受到破坏。另外，宽带减反射膜将象质量得到了显著的提高，从而使得系统的全部性能得到了明显的增强。由于生产实际的庞大需要，减反射膜得到了不断的发展。

减反射膜的应用

减反射薄在日常生活中有着广泛的应用。从照相机和望远镜等仪器的镜头，手机、平板等电子产品的屏幕，到博物馆以及商店的橱窗展台，太阳能收集器的玻璃罩板，都有着减反射玻璃的身影。

（1）眼睛镀膜

在拍照的时候，眼镜镜片前后产生的反光现象必定会在美观问题上对戴镜者产生十分严重的负面影响，造成极大的不适。因此很有必要性在眼镜的镜片上镀上一层或多层的减反射薄膜。其具有如下两个优点：一、能够清楚看清物体，大大减少了镜片产生的发射光，也就是说，光线透过率得到了明显的提高。二、当镜片表面可以反射更少的光时，戴镜者就可以在强光的环境下进行拍照，而美观程度并不会得到影响。

（2）照相机镜头镀膜

从镜头角度来分析，照相机的镜头是并不是由一块透镜组成，在反射损失的方面亏损很多。在镀上减反射膜后，能够明显明显提高镜头成像的质量。

（3）投影技术上的应用

投影显示技术中，内置的各系统中都应用到了很多的光学界面，为了得到更为优秀的图像对比度，有效的减反射薄是非常必要的。

影视技术方面中，为了消除照明光源的热辐射，多层介质干涉膜扮演了重要的角色^[4]。

（4）光学仪器与光学系统中的应用

在复杂光学系统中，每个光学元器件都会存在着玻璃/空气界面，这些界面的反射不可忽视。这些产生的反射光不仅会使光的能量产生损失。因此，减反射膜在现代光学系统中扮演了及其重要的角色。

（5）光通信中的应用

在光通讯中，微弱的反射光同样会对光信号的传输检测结果产生极其重大的影响。因此必须只有具备极低反射率的界面，这样的界面才能够满足光通讯器件的要求。对于开关器件来说，低反射率代表了较高程度的对比度，与此同时，信号的可靠性和稳定性也得到了增强。

减反射膜的研究成果与发展方向

过去十年中，减反射膜层的应用在各个领域都大展身手，包括了工农业生产以及各个高新科技领域，都具有减反射膜的身影。

而在多媒体数码产品中，减反射薄膜也有着极其重要的作用。在军事上，军事光学仪器中也广泛应用了宽带增透膜以及宽带高反射膜。通常将热性能控制的滤光片淀积在太阳能电池的熔石英盖片上，只有可转变成电能的太阳可见光和近红外区的辐射才能被该滤光片所允许透过，而有害的红外区热量则会被反射掉。

在显示行业，，通过研制特殊的减反射膜来提高视觉效果，这种减反射膜具有很强的防电磁干扰的特性。目前这种减反射膜层在计算机和电视屏幕等方面的应用在连续的增长^[5]。

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