米乐m6官方网站[理事长中钵良二]（以下简称“AIST”）结构材料研究部[Masato Tazawa，研究主任]材料表面与界面小组Matthew England，AIST特别研究员，Tomoya Sato，研究员，和Atsushi Hozumi，研究组组长，开发了一种防雾处理技术，涂上一层透明的自修复薄膜。
目前，各种亲水材料被用来对眼镜、护目镜、车辆和建筑玻璃等表面进行防雾处理，以防止材料表面附着微小水滴引起的“光散射”和“起雾”而导致透光率降低。然而，传统的防雾处理技术，处理后的表面耐久性较低，一旦发生物理损伤，防雾功能就会永久丧失，膜层的附着力也不够。
这次以提高防雾功能为目的，是水溶性聚合物聚乙烯吡咯烷酮（PVP）和氨丙基附着在表面滑石粉页硅酸盐凝胶作为一部电影。除了高光学性能和防雾性能外，该薄膜还具有优异的自修复性能、粘合性、水中稳定性和水下拒油性（防止油粘附的性能）。而且可以方便地对各种基材的表面进行涂覆。
该技术的部分内容将于2016年10月10日至13日在札幌会议中心（北海道札幌市）举行的Asia NANO 2016上公布。
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| 新开发的防雾处理载玻片（左上）、普通载玻片（左中）、防雾膜结构（右上）和自修复（下）的电子显微镜图像 |
在雨季等高湿度环境下，微小的水滴会附着在汽车等运输设备的玻璃、建筑物的窗玻璃、眼镜和护目镜的镜片等透明基材的表面，引起“光散射”和“起雾”，从而使其光学性能显着恶化。这种浑浊现象还会导致医疗设备、分析设备、太阳能电池板和其他工业设备的性能下降。
防雾处理的例子包括应用二氧化钛，其表面在暴露于紫外线时变得超亲水，以及创建亲水材料（二氧化硅和氧化锌）的微结构和层状结构。然而，这些表面处理技术需要复杂的涂覆工艺，并且不适合大面积处理。而且，如果表面形状复杂，则容易脏，且表面形成的薄膜的耐久性低，因此一旦受到物理损坏，就会永久失去防雾功能。因此，需要一种在保持表面亲水性的同时提高耐用性的防雾处理技术。
产业技术研究院致力于开发使用各种功能性材料的表面改性技术。迄今为止，我们已经开发出一种使用通用元件的简单方法来制造具有优异防液性的膜的技术。特别是，我们正在开发一种使用硅凝胶的薄膜，该薄膜具有高透明性，并且对粘性液体和附着的冰具有优异的粘附抑制效果（2014 年 12 月 11 日 AIST 新闻稿）。这次，为了抑制水滴在表面的粘附和聚集，我们重点研究了由部分带负电的水溶性聚合物和带正电的氨基丙基的纳米粘土颗粒组成的混合凝胶，并开发了透明的防雾膜。
这项研究和开发得到了教育、文化、体育和科学技术部的科学研究补助金“创新领域研究（24120005）”（2012-2016）的部分支持。
新开发的防雾处理技术使用的透明薄膜是PVP、片状结构的AMP-纳米粘土，以及少量醛官能化合物混合的混合凝胶组成。当PVP和AMP-纳米粘土混合时，纳米粘土之间氢键形成并且粘性和粘度增加，产生透明的PVP/AMP-纳米粘土混合凝胶。该凝胶涂布于玻璃、硅树脂、金属、树脂等基材上时，容易形成薄膜（PVP/AMP-纳米粘土混合薄膜），通过在表面形成水膜，可以赋予基材防雾性。
涂覆后，在100℃下干燥至少3小时。此时，AMP-纳米粘土与PVP之间的氢键也增加，提高了薄膜的稳定性。此外，当化学反应性官能团附着到基材表面时，它与醛官能化合物反应并显着提高粘合力。例如，如果将PVP/AMP-纳米粘土混合凝胶涂覆在裸露的硅基板上并形成薄膜，然后浸入水中，薄膜最终会剥落，但涂覆在具有氨丙基基团的硅基板上的薄膜即使浸入水中超过一天也根本不会剥落。
PVP/AMP-纳米粘土杂化膜的厚度可以通过调节PVP的浓度来控制。当研究由于膜厚度差异导致的防雾性能的变化时，我们发现当膜厚度小于约12 nm时，防雾性能消失（图1）。这是因为薄膜需要吸水才能表现出防雾性能，但当薄膜厚度变薄时，人们认为薄膜会失去防雾性能，因为它无法保留足够的水分或无法形成稳定的水膜以防止水滴的形成。
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图1 由于所开发的防雾膜的膜厚差异而导致的防雾性能的变化
在 3°C 下保存 30-60 分钟并暴露于空气（高湿度）30 秒后立即拍摄图像。 |
为了确认新开发的PVP/AMP-纳米粘土杂化薄膜的自修复性能，将该薄膜沉积在硅基底上，并用手术刀刮擦表面以暴露基底的硅表面。此后，将样品放置在相对湿度约80％和室温的环境中，并使用扫描电子显微镜(SEM)观察表面外观。图2显示了PVP/AMP-纳米粘土杂化膜表面形状的观察结果。 SEM 图像的白色部分是基板暴露的硅表面。划痕后，硅基板立即暴露出来（图2（a））。然而，24小时后，损伤开始修复，可以看到基板的大部分暴露区域被填充（图2（b））。此外，48小时后，宽度为20至30μm的大范围划痕完全消失，表明该膜具有自修复性能（图2（c））。
图 3 显示了新开发的 PVP/AMP-纳米粘土杂化膜的假设自修复机制。当膜受损时，它会吸收空气中的水分，膨胀、移动并接触以填充伤口。此外，据信PVP和AMP-纳米粘土之间的氢键被重新形成以再生膜。目前已证实20~30μm左右的划痕可以治愈。
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| 图2 SEM图像显示新开发的防雾膜表面划痕的变化 |
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| 图3所开发的PVP/AMP-纳米粘土杂化膜的自修复机制概念图 |
此外，为了确认所开发的PVP/AMP-纳米粘土杂化膜在水中的拒油性，我们在水中形成油滴，将油滴压在PVP/AMP-纳米粘土杂化膜的表面上，并将它们拉开，但根本没有油附着（图4）。这表明PVP/AMP-纳米粘土杂化膜在水中也具有优异的拒油性。这被认为是因为在膜的表面形成了稳定的水膜，抑制了油污和污垢的附着。
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图4新开发的防雾膜的水下拒油性
黑色部分代表基材（顶部）和薄膜（底部），白色部分代表水，球形物体代表油。 |
未来，我们将与企业合作，根据预期用途和基材，优化开发的PVP/AMP-纳米粘土杂化薄膜的成分。此外，该公司的目标是在三年内将防雾处理技术商业化，解决诸如确认混合薄膜的安全性、提高其硬度、缩短自愈时间以及考虑适合大规模生产的涂层方法等问题。