用于玻璃的基于耐劃痕液體的涂層制造技術

用于在玻璃基材上形成耐用、耐劃痕涂層的溶膠?凝膠方法。例如，從有機極性質子惰性溶劑(例如，二甲基甲酰胺)中的八水合氯氧化鋯的溶液來形成氧化鋯涂層。任選地包含諸如石墨烯的添加劑的經退火的涂層具有低摩擦系數，并可展現出高硬度和疏水性。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】相關申請交叉參考本申請根據35U.S.C.§120，要求2013年11月8日提交的美國申請系列第14/074,766號的優先權，本文以該申請為基礎并將其全文通過引用結合于此。
技術介紹

本文一般地涉及用于形成摩擦潤滑(tribological)薄膜的方法，更具體地，涉及用于在玻璃基材上形成耐用、耐劃痕涂層的溶膠-凝膠途徑。技術背景劃痕和其他類型的表面磨損是諸如手持式裝置、監視器和顯示器之類的玻璃覆蓋應用的一個考慮。劃痕增加了光散射并且會降低此類屏幕上顯示的圖像和文字的亮度和對比度。此外，在裝置關閉狀態，劃痕會使得顯示器看上去是模糊、損傷和不美觀的。特別是對于顯示器和手持式裝置，耐劃痕性會是一個重要的性質。具體來說，可以通過調節被劃痕表面的硬度來減輕微延展性劃痕的形成。微延展性的淺或窄劃痕表征為劃痕深度或劃痕寬度小于2微米。較硬的表面通常更耐受微延展性劃痕。雖然形成用于許多玻璃覆蓋中的玻璃基材的氧化物玻璃的硬度值通常范圍為6-9GPa，但是通過在玻璃上形成硬的、光滑表面層可以急劇地降低形成微延展性劃痕的趨勢，其中表面層的硬度值大于9GPa。會希望提供耐劃痕涂層，其可施加到剛性玻璃覆蓋，該剛性玻璃覆蓋是經濟的，光學透明的，并且與下方玻璃是物理和化學相容的。
技術實現思路
根據本文的實施方式，用于在玻璃基材上形成涂層的方法包括：提供金屬鹽、有機金屬化合物或其組合在極性、質子惰性溶劑中的溶液；將溶液沉積到
玻璃基材上，從而在基材上形成涂層；以及對涂層進行退火。該方法可用于形成例如，鋯氧化物(即，氧化鋯)或鈦氧化物(例如，二氧化鈦)的無定形或晶體膜，任選地包含納米顆粒(例如，納米管或納米絲)添加劑，如碳納米管或石墨烯。形成氧化鋯涂層的示例性前體是八水合氯氧化鋯(zirconium oxychloride octahydrate)。該方法涉及較低溫度加工，其與輥-輥(連續)工藝相容，并且還與潛在的溫度敏感玻璃基材(例如，化學強化，即離子交換)玻璃基材相容。通過所揭示的方法制造的涂層可以提供高硬度和低摩擦系數(COF)，這可以改善耐用性和使用壽命，特別是對于涂覆玻璃的耐劃痕性而言。在以下的詳細描述中提出了本專利技術的主題的附加特征和優點，其中的部分特征和優點對于本領域的技術人員而言根據所作描述即容易理解，或者通過實施包括以下詳細描述、權利要求書以及附圖在內的本文所述的本專利技術的主題而被認識。應理解，前面的一般性描述和以下的詳細描述給出了本專利技術的主題的實施方式，用來提供理解要求保護的本專利技術的主題的性質和特性的總體評述或框架。包括的附圖提供了對本
技術實現思路
的進一步的理解，附圖被結合在本說明書中并構成說明書的一部分。附圖以圖示形式說明了本專利技術的內容各種實施方式，并與描述一起用來解釋本
技術實現思路
的原理和操作。此外，附圖和說明僅僅是示例性的，并不試圖以任意方式限制權利要求的范圍。附圖說明當結合以下附圖閱讀下面對本專利技術的具體實施方式的詳細描述時，可對其形成最好的理解，附圖中相同的結構用相同的附圖標記表示，其中：圖1是氧化鋯涂覆的玻璃基材的掃描電子顯微鏡(SEM)顯微圖；圖2是氧化鋯涂覆的玻璃基材的X射線衍射掃描圖；圖3是二氧化鈦涂覆的玻璃基材的X射線衍射掃描圖；圖4是根據各個實施方式的Eagle玻璃上的基于氧化鋯涂層的光學透射與波長關系圖；圖5A和5B是根據各個實施方式的氧化鋯涂層的原子力顯微圖(AFM)；圖6顯示示例性的基于氧化鋯涂層的接觸角；圖7A和7B是示例性Eagle玻璃上的氧化鋯涂層的接觸角形貌地圖和
接觸角標準偏差；圖8A和8B是示例性Eagle玻璃上的氧化鋯涂層的接觸角形貌地圖和接觸角標準偏差；圖9A和9B是示例性氧化鋯涂層的摩擦系數的形貌地圖；圖10顯示未涂覆的Eagle玻璃基材上的摩擦系數測量(上方)和對應劃痕的顯微照片(下方)；圖11顯示未涂覆的玻璃基材上的摩擦系數測量(上方)和對應劃痕的顯微照片(下方)；圖12顯示氧化鋯涂覆的Eagle玻璃基材上的摩擦系數測量；以及圖13顯示石墨烯摻雜的氧化鋯涂覆的Eagle玻璃基材上的摩擦系數測量。具體實施方式下面更詳細參考本專利技術主題的各種實施方式，這些實施方式中的一部分在附圖中示出。在所有附圖中使用相同的附圖標記來表示相同或類似的部分。用于形成受保護的玻璃制品的溶膠-凝膠方法包括：提供溶液，所述溶液包含極性、質子惰性溶劑中的金屬鹽、有機金屬化合物或其組合中的至少一種；將溶液沉積到玻璃基材上，從而在基材上形成涂層；以及對涂層進行退火。在一些實施方式中，溶液還可包含不溶性物質。在本文中，可將該(溶于溶劑中的可溶性組分和分散在溶劑中的不溶性組分的)混合物稱作溶液。在一些實施方式中，可以對包含第一金屬鹽或者第一金屬化合物(例如，鋯前體)的溶液進行沉積、退火以及任選的結晶，以形成第一金屬氧化物(例如，氧化鋯)涂層。可以重復進行沉積和退火的依次行為，以形成多層涂層。在示例性方法中，可以從溶解在二甲基甲酰胺(DMF)中的1.9M的氯氧化鋯的清澈、粘性溶液來形成氧化鋯涂層。在一些實施方式中，溶液可以包括兩種或更多種金屬鹽或者有機金屬化合物，即包含不同金屬。舉例來說，可以將包含第一金屬鹽或者第一金屬化合物的溶液與包含第二金屬鹽或第二金屬化合物的溶液以所需比例進行混合(例如，在氮氣下進行)。復合(組合)溶液可以包含鋯前體和鈦前體，該復合(組合)溶液可以例如沉積、退火和任選的結晶，以形成復合金屬氧化物(例如，氧化鋯-二氧化鈦)涂層。在示例性方法中，將溶于DMF中的1.8M的氯氧化
鋯溶液與溶于DMF中的0.25M的乙酰基丙酮鎳結合。在一些實施方式中，溶液包含金屬鹽或者有機金屬化合物作為前體材料。此類前體材料可以包括各種金屬(例如，鋁、鋯、鈦、鎳、鋅、釔、鈧)的氯化物、硝酸鹽、乙酰丙酮化物或者醇鹽，及其組合。用于形成氧化鋁或者基于氧化鋁的涂層的示例性金屬化合物包括氯化鋁。用于形成氧化鋯或者基于氧化鋯的涂層的示例性金屬化合物包括八水合氯氧化鋯(Zr(OCl2)·H2O)和乙酰基丙酮鋯(Zr(CH3COCHCOCH3)4)。在一些實施方式中，基于氧化鋯的涂層包括釔穩定化的氧化鋯和鈧穩定化的氧化鋯。釔穩定化的氧化鋯涂層可包含高至10摩爾％的釔。鈧穩定化的氧化鋯涂層可包含高至10摩爾％的鈧。用于形成二氧化鈦或者基于二氧化鈦的涂層的示例性金屬化合物是異丙醇鈦(Ti(OCH(CH3)2)4)。采用所揭示的方法，包含氧化物涂層(例如，基于氧化鋯或者基于二氧化鈦涂層)的改性玻璃表面可展現出例如包括耐劃痕性和耐用性的所需屬性。此類表面也會是易于清潔的。溶劑可以包括極性質子惰性溶劑。極性質子惰性溶劑可描述為與質子溶劑共享離子溶解能力，但是缺乏酸性氫的溶劑。此類溶劑通常具有中等介電常數和極性。質子惰性溶劑不顯示氫鍵，但是能夠使得離子穩定化。示例性的極性質子惰性溶劑的物理性質包括沸點(bp)、介電常數(ε)、密度(ρ)和25℃的偶極矩(dm)，總結見表1。表1：極性質子惰性溶劑的性質在一些實施方式中，溶液濃度范圍可以是0.05-2摩爾(例如，0.05、0.1、0.25、0.5、1、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9或2M，包括前述值中的任意兩個之間的范圍)。如本文所用，可以將表本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種方法，所述方法包括：提供溶液，所述溶液包含極性質子惰性溶劑中的金屬鹽、有機金屬化合物或其組合；將所述溶液沉積到玻璃基材上，從而在所述基材上形成涂層；以及對所述涂層進行退火。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2013.11.08 US 14/074,7661.一種方法，所述方法包括：提供溶液，所述溶液包含極性質子惰性溶劑中的金屬鹽、有機金屬化合物或其組合；將所述溶液沉積到玻璃基材上，從而在所述基材上形成涂層；以及對所述涂層進行退火。2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述金屬鹽包括鋁、鋯、鈦、鎳、鋅、釔、鈧，或其組合。3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述有機金屬化合物包括鋁、鋯、鈦、鎳、鋅、釔、鈧，或其組合。4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述溶劑選自：二甲基甲酰胺、四氫呋喃、乙酸乙酯、丙酮、二氯甲烷、乙腈、二甲亞砜和N-甲基吡咯烷酮。5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述金屬鹽包括氯氧化鋯。6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述金屬鹽包括氯氧化鋯，以及所述溶劑包括二甲基甲酰胺。7.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述溶液的濃度為0.05-2M。8.如權利要求1所述的方法，所述方法還包括在進行沉積之前，將分散在極性質子惰性溶劑中的半導體納米顆粒、金屬納米顆粒、石墨烯或其組合添加到所述溶液中。9.如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述納米顆粒是納米管、納
\t米絲、納米點或其組合的形式。10.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述沉積包括旋涂、浸涂、噴涂、帶式澆鑄、噴墨、狹縫模頭涂覆、霧化、沖壓或者在所述溶液中清洗所述基材。11.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述沉積包括形成圖案化涂層。12.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述退火包括在150-450℃對所述涂層進行加熱。13.如權利要求1所述的方法...

【專利技術屬性】
技術研發人員：S·M·歐馬利，V·M·施奈德，
申請(專利權)人：康寧股份有限公司，
類型：發明
國別省市：美國;US