Водоотталкивающее стекло
Водоотталкивающее стекло часто используется для покрытия лобовых стекол автомобилей с целью улучшения видимости в дождливую погоду.

Водоотталкивающее стекло (WRG) представляет собой прозрачную пленку покрытия, нанесенную на стекло, что позволяет стеклу проявлять гидрофобность и долговечность. [1] WRG часто изготавливаются из материалов, включающих производные пер- и полифторалкильных веществ (PFAS), тетраэтилортосиликата (TEOS), полидиметилсиликона (PDMS) и фторуглеродов . [1] [2] Для изготовления WRG обычно применяются золь-гель процессы , включающие двухслойное обогащение стекол большого размера. [2]

Стекла, обогащенные покрытиями WRG, предотвращают прилипание капель воды к поверхности благодаря гидрофобным свойствам. [1] Эти свойства достигаются за счет высокой способности скольжения по воде и больших углов контакта с каплями воды (более 100°). [1] [2] Кроме того, устойчивость к химическому и механическому воздействию позволяет покрытию защищать стекло от истирания дворниками, дождевой водой и другими погодными условиями. [3]       

WRG чаще всего используются в коммерческих целях для автомобильных окон, чтобы улучшить видимость в условиях непогоды и вождения в ночное время. [1] В промышленности WRG впервые были использованы Volvo Cars в своих автомобилях конца 2005 года, а также использовались японскими автопроизводителями, такими как Toyota , Honda и Mazda . [1] [4] Кроме того, WRG имеет и другие практические применения, такие как очки и фотокатализаторы. [5] [6]

Характеристики

Гидрофобность

Гидрофобные свойства оконного стекла WRG имеют решающее значение для его отталкивающих свойств. [2]

Угол контакта капли воды на стеклянной поверхности определяет, насколько легко капля воды может соскользнуть со стекла. Более высокие углы контакта указывают на меньший контакт между водой и стеклом, что способствует гидрофобности.

Высокая способность скольжения по воде пленок WRG необходима для гидрофобности. [2] Чем выше угол скольжения по воде или угол поверхности, по которой капля воды начинает скользить вниз, тем легче капля воды может скользить по поверхности пленки. Угол скольжения по воде пленки часто зависит от вещества покрытия пленки. [2] Например, исследование показало, что покрытие пленки WRG фторалкилсиланом (FAS) дает более высокий угол скольжения по воде, чем покрытие полидиметилсиликоном (PDMS). [2]

Высокие углы контакта, превышающие 100 градусов, связаны с более эффективными водоотталкивающими свойствами. [1] Чем больше угол контакта между каплей воды и поверхностью стекла, тем меньше контакт между водой и стеклом, и тем легче капля воды может соскользнуть со стекла. Этого можно достичь путем увеличения шероховатости поверхности, поскольку угол контакта становится больше по мере увеличения частиц поверхности. [3]

Механическая прочность

Механические прочностные свойства водоотталкивающих пленок зависят от состояния шероховатости поверхности пленки и плотности адсорбированных молекул водоотталкивающего вещества. [3] Механическую прочность WRG можно охарактеризовать как износостойкость и устойчивость к атмосферным воздействиям, что является важным свойством для производства автомобильных стекол. [1] [3]

Чем больше шероховатость поверхности , тем более устойчивой к истиранию будет пленка . [3] Средняя шероховатость поверхности стеклянной подложки указывает на размер поверхностных частиц, измеряется с помощью атомно-силового микроскопа (АСМ) и записывается в нанометрах. Исследование проанализировало различные образцы пленок кремнезема и обнаружило минимальную и максимальную шероховатость поверхности 0,4 и 16,1 нм соответственно. Шероховатость поверхности более 8 нм считается большой. После протирания каждого образца фланелевой тканью исследование смогло определить устойчивость каждого к износу. Пленки с более высокой шероховатостью поверхности демонстрируют самую высокую механическую прочность. Кроме того, пленки, сформированные поверх кремнезема, были более долговечными, чем пленки, сформированные на натриево-кальциевом стекле. [3]

Механическая прочность WRG также может быть увеличена за счет большей плотности реакционных участков на единицу площади поверхности . [1] Повышенная плотность реакционных участков на пленке также является результатом более высокой шероховатости поверхности . Это работает на увеличение прочности, поскольку более высокая плотность означает более жесткие химические связи. [1] Например, формирование пленки WRG из полифторалкилизоцианата создает поверхность с силоксановыми связями. [3] Существует прямая корреляция между плотностью силанольных групп на поверхности пленки и плотностью адгезии пленки. [3]

Производство

Золь-гель процесс

Золь -гель процесс является распространенным методом приготовления водоотталкивающих пленок для стекол, которые изготавливаются из различных материалов и часто приводят к получению двухслойных пленок. [7] Этот процесс выгоден для применения в автомобильных окнах, поскольку он работает с большими изогнутыми защитными стеклами и позволяет контролировать такие качества, как долговечность и гидрофобность . [1]

В исследовании, проведенном Массачусетским университетом , золь-гель процесс был использован для приготовления двухслойной пленки с использованием слоев, состоящих из кремнезема и фторуглерода . [1] Слой кремнезема был выбран для повышения прочности и помещен на границе стекло-пленка, в то время как слой фторуглерода был помещен на границе пленка-воздух и включил определенную шероховатость поверхности в дизайн. Процесс включал следующие отдельные этапы: приготовление как кремнезоля, так и водоотталкивающих растворов, распыление раствора на стекло, обработка стекла путем сушки и обработка путем нагревания. [1]

Кроме того, Nippon Sheet Glass Co. в Японии обсуждала золь-гель обработку с использованием фторалкилсилана (FAS) и полидиметилсиликона (PDMS). [2] Оба материала были смешаны с катализаторами в растворителях , изготовлены на стеклах и высушены. Использование золь-гель обработки обеспечило гибкость в экспериментах с углом контакта , углом скольжения и долговечностью. Исследование показало, что этот процесс может также использоваться в автомобильной промышленности. [2]

Приложения

В таблице ниже представлен обзор некоторых известных областей применения пленок WRG.

ПриложениеИсследователи и производителиКоммерческое использование
Автомобильные окна и зеркалаHonda ( Легенда ), [1] Mazda (Семейный универсал), [1] Nissan ( Stagea , Cefiro , Cima ), [1] Toyota ( Celsio и Soarer ), [1] Volvo [4]
Очки
  • Нашо [8]
Фотокатализаторы
  • Листовое стекло Nippon (CLEARTECT) [6]
  • Компания Убе-Нитто Касей (HYDRAP) [6]
  • Гидразол [12]
  • Солнечный Шарк [13]
  • Элемент 119 (керамическое покрытие панели солнечных батарей System X) [14]

Автомобильные окна и зеркала

WRG обычно используется в качестве покрытия для окон и зеркал автомобилей с целью улучшения видимости за счет отвода дождевой воды, снега и грязи. [1] Несколько миллионов окон WRG уже были изготовлены и установлены в промышленности. [15] Например, Central Glass Company разработала гидрофобную стеклянную пленку, демонстрирующую превосходную водоотталкивающую способность, долговечность и прозрачность. [6] Многие японские автомобильные компании, включая Honda и Mazda, продают автомобили с этими стеклянными пленками. Кроме того, водоотталкивающие покрытия наносятся на боковые зеркала автомобилей. [6]

Очки

Индустрия очков также движется к внедрению водо- и пылеотталкивающих очков, чтобы уменьшить запотевание из-за дождя, пота и других источников воды. [9] [16] Когда очки подвергаются конденсации , мелкие капли воды начинают рассеивать свет, ухудшая зрение владельца очков. Компания по уходу за глазами Nasho внедряет инновации в области технологии WRG для улучшения зрения, но в настоящее время ограничена в финансировании для исследований и разработок. [8]

Фотокатализаторы

Фотокаталитические покрытия позволяют самоочищаться поверхностям дорожных знаков, строительных материалов и солнечных панелей. Многослойные фотокаталитические пленки WRG, такие как CLEARTECT и HYDRAP, были коммерциализированы. [6]

Пленка WRG может быть добавлена ​​поверх солнечных панелей для повышения их эффективности. [10] Технология защитного стекла является самоочищающейся, что обеспечивает максимальную передачу света в солнечный элемент. [11] Гидрофобная пленка действует как барьер, который заставляет капли воды скатываться с солнечной панели, а не прилипать и блокировать поглощение солнечного света. [10] Солнечные панели, улучшенные антибликовыми, водоотталкивающими слоями, показывают увеличение производительности на 6,6% по сравнению с панелями без покрытия. [11]

Ссылки

  1. ^ abcdefghijklmnopqrs Hong, BS; Han, JH; Kim, ST; Cho, YJ; Park, MS; Dolukhanyan, T.; Sung, C. (1999-08-30). "Прочное водоотталкивающее стекло для автомобилей". Thin Solid Films . 351 (1): 274–278. Bibcode : 1999TSF...351..274H. doi : 10.1016/S0040-6090(98)01794-5. ISSN  0040-6090.
  2. ^ abcdefghi Камитани, Казутака; Тераниши, Тоёюки (2003-01-01). «Разработка водоотталкивающего стекла с улучшенными водоскользящими свойствами и долговечностью». Журнал золь-гель науки и технологии . 26 (1): 823–825. doi :10.1023/A:1020747632317. ISSN  1573-4846. S2CID  135641109.
  3. ^ abcdefgh Ёнеда, Такашиге; Моримото, Такеши (1999-08-30). «Механическая прочность водоотталкивающего стекла». Тонкие твердые пленки . 351 (1): 279–283. Bibcode :1999TSF...351..279Y. doi :10.1016/S0040-6090(99)00334-X. ISSN  0040-6090.
  4. ^ ab "Водоотталкивающее стекло Volvo делает вождение безопаснее в дождь". Swedespeed. 21 октября 2004 г. Получено 8 декабря 2014 г.
  5. ^ Таданага, Киёхару; Катата, Норико; Минами, Цутому (1997). «Суперводоотталкивающие покрывающие пленки Al2O3 с высокой прозрачностью». Журнал Американского керамического общества . 80 (4): 1040–1042. doi :10.1111/j.1151-2916.1997.tb02943.x. ISSN  1551-2916.
  6. ^ abcdefghij Sakka, Sumio (2006-02-01). "Текущие золь-гель мероприятия в Японии". Журнал золь-гель науки и технологии . 37 (2): 135–140. doi :10.1007/s10971-006-6433-z. ISSN  1573-4846. S2CID  94289928.
  7. ^ Чон, Хе-Чжон; Ким, Донг-Квон; Ли, Су-Бок; Квон, Су-Хан; Кадоно, Кохей (1 марта 2001 г.). «Получение водоотталкивающего стекла золь-гель-процессом с использованием перфторалкилсилана и тетраэтоксисилана». Журнал коллоидной и интерфейсной науки . 235 (1): 130–134. Бибкод : 2001JCIS..235..130J. doi :10.1006/jcis.2000.7313. ISSN  0021-9797. ПМИД  11237451.
  8. ^ ab Juliani, Mia; Rahadi, Raden Aswin (2020-06-14). «Улучшение финансовых показателей с использованием метода бюджетирования капиталовложений для более чистого продукта очков: исследование случая Nasho». Малазийский журнал социальных и гуманитарных наук . 5 (6): 128–135. doi : 10.47405/mjssh.v5i6.433 . ISSN  2504-8562.
  9. ^ ab "Водоотталкивающее покрытие для ваших очков | Essilor India". www.essilorindia.com . Получено 19.11.2021 .
  10. ^ abc Deb, Dipankar; Brahmbhatt, Nisarg L. (2018-02-01). «Обзор повышения урожайности солнечных панелей за счет предотвращения загрязнения и предлагаемого автоматизированного решения для очистки без использования воды». Renewable and Sustainable Energy Reviews . 82 : 3306–3313. doi : 10.1016/j.rser.2017.10.014. ISSN  1364-0321.
  11. ^ abc Ли, Сяоюй; Хэ, Цзюньхуэй; Лю, Вэйи (2013-07-01). «Широкополосные антибликовые и водоотталкивающие покрытия на стеклянных подложках для самоочищающихся фотоэлектрических ячеек». Materials Research Bulletin . 48 (7): 2522–2528. doi :10.1016/j.materresbull.2013.03.017. ISSN  0025-5408.
  12. ^ "HYDRASOL | Гидрофобное нанопокрытие для солнечной панели | ANT LAB". www.antlab.in . Получено 19.11.2021 .
  13. ^ "Попрощайтесь с очисткой солнечных панелей | Максимальная эффективность". Solar Sharc® . Получено 19.11.2021 .
  14. ^ "Высокоэффективные покрытия солнечных панелей SiO2". www.element119.com . Получено 19.11.2021 .
  15. ^ Акамацу, Ёсинори; Макита, Кенсуке; Инаба, Хироши; Минами, Цутому (15.06.2001). «Водоотталкивающие пленки для покрытия стекла, полученные с помощью реакций гидролиза и поликонденсации фторалкилтриалкоксилсилана». Тонкие твердые пленки . 389 (1): 138–145. Bibcode : 2001TSF...389..138A. doi : 10.1016/S0040-6090(01)00901-4. ISSN  0040-6090.
  16. ^ Дюран, Иван Родригес; Ларош, Гаэтан (2019-01-01). «Текущие тенденции, проблемы и перспективы технологии против запотевания: дизайн поверхности и материалов, стратегии изготовления и не только». Прогресс в материаловедении . 99 : 106–186. doi : 10.1016/j.pmatsci.2018.09.001. hdl : 20.500.11794/35655 . ISSN  0079-6425. S2CID  139301737.

Эта статья о стеклянных материалах — заглушка . Вы можете помочь Википедии, расширив ее.

Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Водоотталкивающее_стекло&oldid=1153772094"