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防指纹、防水原理以及应用

发布者:管理员   日期:2021-09-02

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?

为了让手机更加美观,手机表面会做各种处理,比如PVD涂层(比如TiN系列的PVD涂层)、高亲水性表面、喷砂后的多孔表面、镜面处理等。但这些经过处理的表面容易沾染污垢又难以清洗,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,业界一直在寻找能够轻松清洁表面的技术,无需污垢、油、水或污垢。


二、决定了物体表面防污防水的关键因素

决定物体表面防污和防水性能的关键因素取决于材料的表面能。

1.物质的表面能

材料表面的表面能直接影响:表面材料的附着力(容易沾染脏指纹的程度);表面液体的粘度、润湿性和渗透性。

2.不同基底材料表面能的比较

在常见的材料中,AFC防指纹涂层的表面能为16,与水的接触角大,也就是防污、防水性能好。但氧化钛的表面能为111,水接触角越小,防污剂、的防水效果越差。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、是有机氟材料。其分子基团的表面能按-CH2->-CH3>-CF2->C-F2H>-CF3的顺序下降。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?

为了使手机的金属表面耐脏易清洗,更好的方法是在手机的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

可以看出,自我限性表面反应涂层由于其很薄的薄膜、没有膜剥离问题(即使膜被磨掉也不会影响外观)、表面能低,适合在手机行业使用。


四、自我限制有机氟化物成膜机制

在手机金属表面涂覆自限性有机氟化物薄膜,有利于提高其防污、防水性能。那么自限性有机氟化物成膜的机理是什么呢?

1.自我限制有机氟化物成膜机制

自我限制有机氟化物由两个官能基团组成:低表面能氟化基团和表面活性基团。当自我限制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制有机氟化物很容易被去除),然后形成薄膜。膜厚为5~30 nm,适用于手机等精密电子产品表面。

2.镀自我限制有机氟化物膜的关键

自我限制有机氟化物的主要反应基团是与玻璃(二氧化硅)表面羟基的缩合反应,但手机金属表面没有Si-OH,所以如果这类有机氟化物用在金属上,需要先在金属上镀一层SiO2,再镀低表面能的有机氟化物。

目前包覆二氧化硅的主要方法有磁控溅射法和化学气象沉积。

1)磁控溅射法(物理气象沉积PVD)

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

镀膜材料像子弹一样高速直线飞向镀膜产品,所以只能镀在能看到目标的地方。为了均匀电镀,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。

2)化学气象沉积(CVD)

化学气象沉积使用两种反应气体(A、 B反应气体)在真空环境中在产品表面流动。两种气体反应后,在表面生长一层复合膜(C膜)。例如,SiCl4与H2O反应形成SiO2。

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SiO2是透明薄膜,一定厚度的透明薄膜会对光线产生干涉,导致表面颜色发生偏差,出现彩虹图案。

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。因此,化学气象沉积法更适合涂覆二氧化硅薄膜。

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