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防指纹的原理以及应用

发布者:管理员   日期:2021-09-16

智能手机的防指纹、防水问题已经在业界得到解决。那么是什么因素决定了物体表面的防污、防水性能呢?有没有办法提高物体表面的防污、防水性能?

一、为什么要防指纹防水

为了让手机更美观,手机表面会做各种处理,比如PVD涂层处理(比如TiN系列的PVD涂层)后的高极亲水性表面、喷砂处理后的多孔表面、镜面处理等。但这些经过处理的表面容易沾染污垢、难以清洗,很大地影响了产品的美观性和屏幕上的视觉观赏性。因此,如何避免污垢一直是智能手机产品设计中的一大重点,该行业一直在寻找能够轻松清洁表面而没有污垢、油、水或污垢的技术。


二、确定物体表面防污防水的关键因素

决定物体表面防污防水的关键因素物体的表面是否容易沾附脏污取决于物质表面的表面能。

1. 物质的表面能

物质的表面能直接影响:物质在表面的附着力(容易沾染脏指纹的程度);液体在表面的粘度和润湿性,以及渗透性。

材料的表面能可以通过油水接触角(θ)测试获得。公式为:Young Equationγs=γsl+γl cosθ

当一滴水滴在物体表面时,水接触角θ越小,表面能越大,物体表面越湿;水接触角θ越大,表面能越小,物体表面越不潮湿。也就是说,如果你想让物体表面“不粘”,表面能越低越好。

2. 不同基底材料表面能的比较

在列举的常见材料中,AFC防指纹涂层的表面能小为16,水接触角度[敏感词],即防污、防水性能[敏感词]。但氧化钛的表面能[敏感词]为111,水接触角越小,防污、防水效果越差。手机常用的铝、钢和玻璃的表面能分别为49、 60和78,表面能更大,附着力更强。

目前已知的低表面能材料有机硅、有机氟材料。其分子基团的表面能以-CH2->-CH3>-CF2->C-F2H>-CF3的顺序减小。其中-CF3基团的表面能小到6.17mJ/m2,通过Dupre公式可以计算为115.12度,这个值就是[敏感词]分子斥力的水接触角。


三、如何提高手机金属表面的防污、防水性能

为了使手机金属表面耐脏、易清洗,[敏感词]的方法是在手机金属表面涂上低表面能的涂层,以减小其表面能,达到钝化效果。

镀在手机金属上的低表面能材料主要分为两类:

a. 可固化树酯类镀层

b. 自我限制表面反应类镀层

自我限性表面反应类涂层因其较薄的薄膜、没有脱膜问题(即使薄膜磨掉也不会影响外观)、表面能低等特点,适合在手机行业上使用。


四、自我限制有机氟化物薄膜

手机金属表面镀自限性有机氟化物膜,有利于提高其防污、防水性能。那么自我限性有机氟化物成膜的机理是什么样的呢?

1. 自我限性有机氟化物成膜机理

自我限性有机氟化物由低表面能氟化基团和表面反应性基团两种官能基团所组成。当自我限性有机氟化物与材料表面接触时,表面反应基团会与相应的表面官能团发生化学反应,导致它们之间发生化学键合(没有化学键合的自我限性有机氟化物很容易被去除),然后形成薄膜。膜厚仅5~30 nm,适用于手机等精密电子产品的表面。

2. 镀自我限性有机氟化物薄膜的关键

自我限性有机氟化物的主要反应基团是与玻璃(二氧化硅)表面羟基(Si-OH)的缩合反应,但手机金属表面没有Si-OH。因此,要在金属上使用这种有机氟化物,需要先在金属上镀一层二氧化硅,然后再镀低表面能的有机氟化物。

目前二氧化硅镀膜的主要方法有磁控溅射和化学气象沉积这两种方法。

1)磁控溅射法(物理气象沉积PVD)

磁控溅射法利用离子轰击和靶材,对靶材进行溅射,溅射出的材料飞向产品并镀在产品表面。

涂层材料像子弹一样高速直线飞向电镀产品,因此只能在能看到目标材料的地方进行电镀。如果想镀均匀,有时需要旋转以增加均匀性。

当产品表面复杂时,PVD镀膜会在产品不平整的表面或角落产生不平整的镀层情况。

2)化学气象沉积(CVD)

化学沉积使用两种反应性气体(A、 B反应性气体),在真空环境下流过产品表面,两种气体反应后,表面生长一层化合物薄膜(C薄膜),例如,四氯化硅与H2O反应形成二氧化硅。

在CVD镀膜法中,气体一接触就可以镀膜,没有特别的方向性。

由于二氧化硅是透明薄膜,一定厚度的透明薄膜会对光线产生干涉作用,导致表面颜色偏差,达到出现彩虹图案的情况。

减小薄膜厚度和增加薄膜的均匀性将有效改善光学干涉引起的色偏问题。因此,化学气象沉积在二氧化硅薄膜上的效果更好。

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