[发明专利]一种氢化硅碳氮氧透明超疏水薄膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种氢化硅碳氮氧透明超疏水薄膜的制备方法，包括如下步骤：以高纯甲烷、氨气、笑气和氢气稀释的硅烷混合气为工作气体，通过等离子体增强化学气相沉积技术在玻璃基片表面制备透明氢化硅碳氮氧薄膜；采用PECVD技术以四氟化碳为工作气体对氢化硅碳氮氧薄膜实施等离子体刻蚀。通过上述两步骤便可获得一种具有优异超疏水、自清洁和透明性能的氢化硅碳氮氧薄膜。同时，这种薄膜还具有优异的耐腐蚀、耐磨和耐酸碱性能，并且在玻璃基底表面拥有很好的附着力。本发明公开的这种氢化硅碳氮氧透明超疏水薄膜在太阳能电池板、汽车挡风玻璃、相机镜头、护目镜、智能窗户的疏水防污方面具有很好的应用潜力。

技术领域

本发明属于透明超疏水薄膜材料制备技术领域，具体涉及一种氢化硅碳氮氧透明超疏水薄膜及其制备方法。

背景技术

水蒸气、有机污染物以及灰尘等不仅会降低太阳能电池板、汽车挡风玻璃、相机镜头、护目镜、智能窗户等太阳光透光率，而且它们不被及时清除还将损坏上述器件性能、使用效率和寿命。因此，开发一种透明超疏水自清洁薄膜材料在上述光学器件疏水防污方面具有很好的应用前景。然而在现有技术中，缺乏一种通过简单的工艺在低能耗的条件下高效、大规模制备出高透明、附着力良好、耐磨、耐酸碱、以及超疏水性能优异的薄膜。通常，在玻璃基片表面构筑超疏水透明薄膜可以通过以下两种方式实现：一是利用有机硅烷或者氟树脂等低表面能物质修饰粗糙表面，二是在疏水表面构造一定的粗糙度。一般，透明超疏水薄膜表面要求具有一定的粗糙度，但较高的粗糙度将导致严重的光散射。为使光散射最小化，表面粗糙度必须降低到入射光波长以下，研究发现小于100 nm的粗糙度可以降低入射光的散射强度，同时兼顾超疏水性和透明度。

目前，常见的制备透明超疏水薄膜方法主要有溶胶凝胶法、化学气相沉积法、自组装法、光刻法、模板法和化学刻蚀法等。通常这些方法制备透明超疏水薄膜存在透射率小、工艺复杂、生产成本高、使用寿命短、不耐酸碱以及粘附力弱等缺点。材料表面多级粗糙结构和低表面能是实现材料超疏水特性的两个关键因素。本发明公开了一种基于PECVD技术制备的氢化硅碳氮氧透明超疏水薄膜及其制备方法。这种方法通过调控氢化硅碳氮氧透明薄膜内Si-C、Si-N和Si-O键的浓度差，利用四氟化碳等离子体对它们进行差异化刻蚀从而实现薄膜小于100 nm的多级粗糙度，同时利用薄膜内已含有大量的-CH_n基团以及刻蚀所带来的-CF_n基团实现粗糙表面的低表面能物质自然修饰。本发明所公开的氢化硅碳氮氧薄膜不仅具有优异超疏水、自清洁和透明性能。同时，这种薄膜还具有优异的耐腐蚀、耐磨和耐酸碱性能和优异的附着力。该薄膜在太阳能电池板、汽车挡风玻璃、相机镜头、护目镜、智能窗户的疏水防污方面具有很好的应用潜力。

发明内容

本发明旨在为太阳能电池板、汽车挡风玻璃、相机镜头、护目镜、窗户玻璃等提供一种透明超疏水薄膜及其制备方法。该方法首先通过调控PECVD薄膜制备工艺参数，在制备的透明氢化硅碳氮氧薄膜内首先构造不同浓度的Si-C、Si-N和Si-O键，并使它们均匀分布在薄膜内。接着，通过电离四氟化碳气体实现对Si-C、Si-N和Si-O键的差异化刻蚀以获得粗糙度小于100 nm的表面。最后，利用薄膜内已含有大量的-CH_n基团以及刻蚀所带来的-CF_n基团实现粗糙表面的低表面能物质自然修饰。该方法包括下述步骤：

（1）采用PECVD技术以高纯甲烷、氨气、笑气和氢气稀释的硅烷混合气为工作气体在玻璃基片表面制备透明氢化硅碳氮氧薄膜。

（2）采用PECVD技术以高纯四氟化碳为工作气体对步骤（1）中的氢化硅碳氮氧薄膜实施等离子体刻蚀。

所述的步骤（1）中，高纯甲烷、氨气、笑气的纯度均在99.999%及以上，氢气与硅烷混合气中，氢气与硅烷的体积比为8-15：85-92。