2024年4月26日发(作者：ground)

新型玻璃基超疏水涂层—橡树岭国家实验室成果介绍

玻璃基材+玻璃涂层=超疏水+自清洁+减反射？！如此脑洞大开的想法竟变

为了新商机。

美国橡树岭国家实验室(ORNL)以Tolga Aytug为首的研究团队经过多年努

力，开发出了在“玻璃上再沉积一层玻璃”的表面处理工艺，这种涂层与基材均

为透明玻璃的设计思路让玻璃同时具备了超疏水和自清洁性能并能降低光反射，

且涂层沉积过程方便大规模工业化制备，在保留了硅氧化物基涂层成本优势的同

时有效提升了涂层的耐磨损性能。这项技术已于2014年获美国专利局(USPTO)

批准生效，并分别于2016年和2018年授权消费电子和汽车玻璃领域的不同制

造商用于生产。

图

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新型超疏水涂层的商业化之路

关于超疏水(Superhydrophobic)

超疏水涂层是一种纳米尺度的表面疏水织构，自然界最为常见的如荷叶和某

些昆虫的翅膀，水滴在其表面的接触角超过了150度从而极难被水沾湿，在重

力作用下水滴会自然滚落并带走超疏水表面的尘埃和盐分污物，同时实现超疏水

和自清洁。

目前常见的人造超疏水表面主要有5大类：



纳米金属氧化物(如MnO

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, ZnO)-聚苯乙烯复合材料

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轻质碳酸钙

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碳纳米管



硅氧化物纳米涂层

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氟硅烷及含氟聚合物涂层

其中硅氧化物基涂层虽然具有较为明显的成本优势，但传统的湿法浸渍或气

溶胶涂覆形成的硅氧化物表面的耐受性较差，极易被磨损而丧失超疏水性能。

涂层方案解析

新型的玻璃涂层工艺流程是将玻璃靶材经特殊处理后溅射沉积到玻璃基材

表面上形成薄膜，紧接着进行热处理诱发薄膜内部的亚稳相分离，形成碱金属硼

酸盐富集相和硅氧富集相，继以氟化氢溶液刻蚀，碱金属硼酸盐部分溶解在氟化

氢中，形成高硅氧含量的三维网格和表面突触，完成涂层整体织构。

图

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工艺流程与终端应用

这种特殊的玻璃涂层在测试中显示出了优异的性能，涂层面的实测接触角为

165度，在专利文本的一个实施例中，实测接触角甚至超过了170度；大于95%

的菲涅尔反射被消减，有效提升了玻璃的宽带透过率(较之于未涂层玻璃基材，

宽带透过率提高3-7%)，基于以上性能优势，预期有太阳能电池板、光学器件、

建筑玻璃和传感器等诸多的应用场景。

图

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染色后的小水滴在涂层玻璃上的静态形貌，实测接触角为

165

度