新加坡南洋理工大學科學家開發長效防霧塗層，用於(yu) 塑料表麵，可"自我清潔"。

新加坡南洋理工大學（NTU Singapore）的科學家開發了一種新型塗層，當應用於(yu) 塑料表麵時，可以防止起霧和"自清潔"，克服頻繁重新塗抹的需要。

（L-R）NTU研究團隊包括材料科學與(yu) 工程學院教授CHEN ZHONG，博士生SUN YE和國家教育學院自然科學與(yu) 科學教育學術小組負責人RAJDEEP SINGH RAWAT教授。

通過兩(liang) 步法應用薄的雙層二氧化矽 - 二氧化鈦薄膜的耐用塗層。

首先，用氧等離子體(ti) 處理塑料表麵，這是清潔表麵以提高附著力的常見工業(ye) 方法。然後使用脈衝(chong) 激光沉積將薄的雙層薄膜沉積在塑料表麵上 - 其中激光束聚焦以蒸發來自預期塗層目標的材料，以達到所需的薄膜厚度水平。

圖形摘要

與(yu) 類似的工業(ye) 方法相比，該方法在製造過程中可以更好地控製薄膜的厚度和結構，並產(chan) 生更高質量的薄膜。

塗層對塑料表麵表現出優(you) 異的附著力。當使用奶酪布墊（光學鍍膜的標準測試）和使用玻璃紙膠帶的附著力測試）進行磨損時，塗層保持了良好的耐久性。

當水蒸氣凝結成水滴在表麵上時，就會(hui) 觀察到霧化，因此塗層的防霧性能是通過凝結的水滴擴散成不阻擋視覺的均勻薄膜的速度來測量的。在新塗層的實驗中，數字快速幀成像顯示水滴在93毫秒內(nei) 擴散，小於(yu) 人眼平均眨眼100毫秒的持續時間。

NTU團隊的研究結果於(yu) 2021年12月發表在同行評審的科學期刊《應用表麵科學》上。

克服臨(lin) 時防霧塗料的局限性

防霧噴霧劑和濕巾是眼鏡或眼鏡佩戴者中的熱門產(chan) 品，自COVID-19大流行以來更是如此，因為(wei) 戴口罩成為(wei) 常態，佩戴者試圖防止冷凝遮擋他們(men) 的視線。

防霧塗層也用於(yu) 太陽能電池板，擋風玻璃和在潮濕環境中使用的顯示器或透鏡。

然而，目前市場上的解決(jue) 方案，如防霧噴霧和濕巾是暫時的，因為(wei) 它們(men) 不能承受洗滌，必須定期重新塗抹。此外，它們(men) 容易被汙垢或細菌汙染表麵，這意味著需要更換或維護。

（a）和（b）S5表麵5μL水滴的光學圖像，水在100毫秒內(nei) 的擴散行為(wei) （c）數字圖像，顯示暴露於(yu) 熱蒸汽中的塗層（頂部）和未塗層（底部）PC的防霧性能。

雖然其他地方的研究人員已經開發出用於(yu) 塑料的防霧塗料，但其廣泛采用的兩(liang) 個(ge) 最大障礙是製造加工時間長和耐用性差 - 即塑料表麵和塗層之間的附著力弱。

該研究的聯合首席研究員，南洋理工大學材料科學與(yu) 工程學院（MSE）的陳忠教授說："當今大多數防霧解決(jue) 方案都是暫時的，功效有限。我們(men) 的團隊已經展示了一種快速製造的方法，大約需要一個(ge) 小時，並產(chan) 生持久的結果，證明了其在廣泛的實際應用中的潛力。

由於(yu) 新設計的塗層具有持久的防霧和"自清潔"能力，NTU研究團隊認為(wei) 他們(men) 的創新提供了一種有吸引力的長期解決(jue) 方案，可以克服塑料霧化的問題，這些問題也可能降低成本和浪費。

在陽光照射下塗覆"自清潔"

二氧化鈦 - NTU團隊開發的塗層中使用的一種化學物質，具有光催化能力，這意味著它可以通過在陽光（紫外線）下與(yu) 有機殘留物反應並去除有機殘留物來"自清潔"。

在實驗室測試中，新開發的塗層具有"自清潔"能力，能夠在一整天的紫外線照射後分解塑料表麵上的汙染物（即細菌，汙垢）。

(a)未處理、氧等離子體(ti) 表麵處理PC、TiO2納米顆粒薄膜(S2)和SiO2/TiO2納米顆粒薄膜(S5)的XPS光譜比較;(b) (c) (d)和(e)是SiO2/TiO2薄膜(S5)的c 1s、O 1s、Si 2p和Ti 2p的高分辨率XPS譜。

聯合首席研究員，NTU國家教育研究所自然科學與(yu) 科學教育學術小組負責人Rajdeep Singh Rawat教授說："我們(men) 的創新有望用於(yu) 各種光學元件的工業(ye) 應用，例如，在監控攝像頭保護蓋上。塗層的"自清潔"能力使其成為(wei) 一種低維護和無故障的解決(jue) 方案，因為(wei) 蓋子可能較少被表麵汙垢和汙垢遮擋，從(cong) 而為(wei) 監控提供了更清晰的視野。

新開發的鍍膜還具有抗反射性，在常規塑料鏡片上具有高達89%的出色可見光透射率，比沒有鍍膜的同一鏡片好約5%。這對於(yu) 眼鏡特別有用，因為(wei) 更高的可見光透射率允許更多的光線穿過塑料到達眼睛，從(cong) 而實現更高的清晰度。

（A）亞(ya) 甲基藍濃度（Ct/C0）在4種試驗條件下24小時紫外光照射後：僅(jin) MB、未塗層的原始PC、SiO2塗層和SiO2/TiO2塗層（S5）。相對濃度分別為(wei) 0.88±0.02、0.77±0.03、0.77±0.02和0.64±0.02；（B）製備的S5樣品在初始、5小時和24小時輻照時間下的亞(ya) 甲基藍溶液吸收光譜，以及（C）在用油酸沉積的SiO2/TiO2表麵（S5）上的水接觸角隨UV輻射時間的變化。

該研究的第一作者，MSE學院的博士生Sun Ye說："報告的結果證明了我們(men) 塗層的多功能性。它具有抗反射，防霧和自清潔功能。此外，製造方法快速且易於(yu) 實施，具有出色的耐用性。這使得我們(men) 的創新在其他防霧方法中獨樹一幟，這些方法往往最終導致功能有限的塗層。”

研究團隊已經為(wei) 這項創新申請了新加坡專(zhuan) 利，該團隊正在尋求加強工業(ye) 合作，將創新從(cong) 實驗室推向市場。

來源：Mechanically robust multifunctional antifogging coating ontransparent plastic substrates，Applied Surface Science，10.1016/j.apsusc.2021.152307