【摩擦磨损与润滑】湘潭大学郑学军教授团队：CF4-GMET和G-PT处理对AR+AF涂层耐磨性能的影响
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2024-08-28 17:02
重庆
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进入“十四五”时期，新一轮科技革命与产业变革加速到来，5G、大数据、人工智能、智能制造等新技术快速发展。随着我国制造业智能化、绿色化、高端化转型需求愈发迫切，对信息显示材料等系列玻璃新材料提出了新的要求。玻璃盖板在光学元器件、车载盖板、发电玻璃、新型光伏电池、光伏材料等领域有着非常广泛的应用，备受科研工作者和工程技术人员的广泛关注。这些产品的盖板表面在使用过程中难免会沾上不良的指纹、皮肤油脂、水渍和灰尘等，因此制备出具有良好自洁性能的疏水涂层成为上述行业的迫切要求。尽管疏水涂层有许多优点，但涂层的粗糙度会影响其透明度，这种疏水性和透明度之间的权衡限制了疏水抗反射涂层的发展。在兼顾涂层抗反射性和疏水性的前提下，湘潭大学郑学军教授团队首创性地采用CF4-GMET与G-PT相结合的处理技术，制备了AF/SiO2/Nb2O5多层复合超耐磨性抗反射疏水涂层，分析了样品的黏附功、表面形貌和耐磨性试验结果之间的关联，对比界面黏附功和表面粗糙度对耐磨性能的影响。采用CF4-GMET与G-PT结合的方法制备的多层复合超耐磨性抗反射疏水涂层，在高精度光学元件、新型太阳能电池、平板显示器和医疗器械等领域，具有巨大的发展潜力与前景。图3为不同处理工艺条件下样品的WCA和黏附功。其中所采用的工艺手段为等离子体处理，等离子体处理是常用的表面改性方法之一，通过改善表面亲水性来提高基材和涂层之间的黏合强度。![]()
图3 不同工艺下的WCA和Wa
图4是采用不同工艺处理AR表层SiO2，以及蒸镀AF后AF/AR复合膜的表面形貌。为方便叙述，将图4分为2组，其中，图4a~c为第1组，图4d~f为第2组，第2组是在第1组中对应的样品上蒸镀低表面能AF材料后得到的疏水性样品。![]()
图4 AFM下的AR表层SiO2粗糙度
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图5 抗反射疏水涂层耐磨测试分析
图6是抗反射疏水涂层在纳米划痕仪下的位移深度-载荷曲线，对每个样品进行3次划痕测试，其中图6a~c为AF/AR样品的划痕曲线，图6d~f和图6g~i分别为AF/G-PTSiO2/AR和AF/CF4-GMET&G-PT/AR样品的划痕曲线。![]()
图6 抗反射疏水涂层在纳米划痕试验中的位移深度-载荷曲线：a~c）AF/AR样品；d~f）AF/G-PTSiO2/AR样品；g~i）AF/CF4-GMET&G-PT/AR样品图8 是不同工艺处理样品在紫外可见近红外分光光度计下的反射和透射光谱曲线。![]()
图8 样品的光学图谱
图10 是抗反射疏水涂层样品在光学轮廓仪下的粗糙度截面图，截面长度为10 μm。![]()
图10 不同样品的粗糙度截面图
通过CF4-GMET和G-PT处理，对增透层顶部的SiO2进行了表面改性，有效去除了抗反射AR表面的柱状尖峰结构。这一改性不仅减少了表面粗糙度，而且增加了SiO2与AF的接触面积，显著提升了AR表面的润湿性。将其由亲水状态转变为超亲水状态后，界面黏附力得到了显著增强，从而增强了复合涂层的整体稳定性。2）通过对极性基团和非极性基团的分析，结合等离子体处理前后的AFM图像，合理地解释了AR样品经过处理后，WCA变化的原因。为测定AR层与AF层之间的界面黏附力，采用了纳米划痕测试方法，分别测量了AF/AR、AF/G-PTSiO2/AR和AF/CF4-GMET&G-PTSiO2/AR样品的临界载荷。测试结果显示，样本的黏附力与润湿性成正比，即润湿性越好，黏附力越强。3）在对上述3个样品的耐磨性进行测试时，AF/CF4-GMET&G-PT SiO2/AR样品展现出最佳的耐磨性能。即便在1000 g的负载下以钢丝绒摩擦10000次，其WCA值仍保持在114°左右，衰减率仅为3.4%。这一优异的性能归功于CF4-GMET和G-PT共同处理后的AR表层SiO2，其润湿性得到了显著改善，从而在AF与AR之间形成了较强的黏附性。同时，该样品表面粗糙度的显著降低和较低的摩擦因数，结合AF层更大的膜厚，进一步证明了其出色的耐磨性。另外，值得一提的是，该样品在耐磨性测试后，光学透过率从初始的94.5%微降至94%，依旧保持了优异的光学性能。该文章发表在《表面技术》第53卷第13期。
引文格式：陈立, 郑学军, 贺楚才, 等. CF4-GMET和 G-PT 处理对AR+AF涂层耐磨性能的影响[J]. 表面技术, 2024, 53(13): 104-117.
CHEN Li, ZHENG
Xuejun, HE Chucai, et al. Effects of CF4-GMET and G-PT Treatment on Wear
Resistance of AR+AF Coating[J]. SurfaceTechnology, 2024, 53(13): 104-117.
DOI：10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.13.011
