CN105073675B - 制备超亲水性玻璃材料的离子束处理方法 - Google Patents

Abstract

用离子束处理玻璃材料的方法，其中：‑离子的加速电压为5kV‑1000kV；‑所述玻璃材料的温度低于或等于玻璃化转变温度；‑氮(N)和氧(O)的单位表面积的离子剂量选自10¹²个离子/cm²和10¹⁸个离子/cm²之间的范围以将水滴的接触角降低至低于20°；‑用氩(Ar)、氪(Kr)和氙(Xe)进行在先预处理以增强超亲水性处理的持续时间。因此，有利地获得具有长持续时间的超亲水性玻璃材料。

Description

制备超亲水性玻璃材料的离子束处理方法

技术领域

本命的主题是用离子束处理玻璃材料的方法，旨在长时间内极大降低雾的形成。本发明的方法应用于玻璃衬底，例如透明玻璃衬底(如镜子、镜片或玻璃板)的表面，从而使所述表面获得亲水性，实际上甚至是“超亲水性”。

背景技术

当表面的特征是其水滴的接触角小于45°时，该表面被认为具有亲水性。

当表面的特征是其水滴的接触角小于20°，例如小于10°时，该表面被认为具有“超亲水”性。在这些条件下，表面尤其具有防雾性。

众所周知在寒冷的季节，汽车的挡风玻璃和车窗玻璃、结构玻璃和眼镜被雾遮盖，这是由上述物体的表面温度低于环境空气的露点温度这一事实造成的。然后产生冷凝水，这根据所需的能见度条件构成严重的麻烦。这种麻烦的表现是，光通过表面上覆盖的细滴折射，带来图像变形并造成能见度损失。这种视觉麻烦可能，例如增加道路上事故的风险，或当使用牙科镜或内窥镜时破坏医学诊断。

机械设备，例如雨刮器能够除去挡风玻璃上的雾。也可以向表面施加亲水或疏水化学制品以防止形成雾。然而，这些化学制品的有效性随时间是有限的，用水重复洗涤足够使其消失。

存在使表面亲水或疏水的方法。

可以提及第一种用于覆盖有聚合物层的镜子的防雾方法，将聚合物层经受紫外光，然后浸没在水性碱溶液中以形成高浓度的酸自由基，从而使聚合物表面亲水。然而，最终聚合物的表面被污染物覆盖，因此逐渐失去其亲水的特征。因此需要洗涤，这在相对较短的时间内可能破坏聚合物。

可以提及第二种方法，其在于向包含亲水基团的单体聚合物层接枝包含疏水基团的其他单体。在这些条件下，水滴的接触角不会低于50°，实际上不具有足够的防雾能力。

另一种方法是沉积厚度为几十纳米，实际上甚至几百纳米的金属氧化物(TiO₂、SnO₂、ZnO、Fe₂O₃)层，所述金属氧化物层在UV光的作用下具有引起亲水性，实际上甚至是超亲水性的光催化功能，以及抑霉性和防尘性。然而，例如当表面在相对较长时间里置于黑暗中时，这种亲水性，实际上甚至是超亲水性可能随时间变得不那么明显。因此，亲水表面的性质取决于光的强度、位于UV区的其波长，以及光催化剂的光活化持续时间。然而在需要有效防雾性的时候，在非常短时间内的非常低强度的UV光也可以阻止表面具有足够的亲水特征。更准确地，光催化的概念与二氧化钛材料的锐钛矿晶体种类密切相关。TiO₂是在合适波长辐照作用下能够激活游离基反应，造成有机产物氧化的半导体。TiO₂在两个能级之间的空隙大约是3.2eV，根据普朗克关系E＝hν，其结果是只有波长小于或等于387nm的光子在催化光氧化反应中是有活性的。这种辐照属于近UV区，其结果是光催化向可见区的延伸暂时仍是有限的。从实践的角度看，这些光催化剂在玻璃材料上沉积一层大约200nm的硅石。

“玻璃”理解为是指具有玻璃化转变现象的非晶态(无定形)固体。玻璃一般坚硬、易碎、通常是透明且电绝缘的。玻璃通常由二氧化硅(硅石SiO₂)和助熔剂组成；制造的主要成分是沙。在所有类型的玻璃中，最常见的是主要来自硅石、苏打和石灰的钠钙玻璃。低于其非常高的玻璃化转变温度，玻璃呈现玻璃态。

这导致需要一种方法用于处理玻璃材料的表面，以引入亲水性，实际上甚至是超亲水性(防雾)，这种性能在非常长的一段时间内，抗机械应力、对亮度条件不敏感且在需要它的任何时刻均有效，优选根据工业上容易操作的方法，从而能够大量并以合理的成本提供这种玻璃材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于处理玻璃材料的方法，所述方法相对便宜，且能够根据众多应用的要求处理表面。

因此，本发明提供一种用离子束处理玻璃材料的方法，所述方法包括离子轰击，其中：

–所述离子束的离子选自氮(N)和氧(O)元素的离子；

–所述离子的加速电压大于或等于5kV，且小于或等于1000kV；

–金属层的温度低于所述玻璃的玻璃化转变温度；

–每单位表面积的离子剂量选自10¹²个离子/cm²-10¹⁸个离子/cm²，从而使玻璃材料的表面特征向更大亲水性(更好的润湿性)(其特征在于水滴的接触角小于45°)的方向改变，实际上甚至向超亲水性(其特征在于水滴的接触角小于20°，优选小于10°)的方向改变。

根据本发明选择离子以及这些离子轰击的条件能够有利地获得玻璃材料亲水性的增加，其表现为经处理的玻璃材料的接触角减小和表面能增加。这些性质在减少汽车挡风玻璃、眼镜镜片、光学装置的透镜或镜片或结构玻璃上雾的形成方面非常重要。防雾性能表示玻璃材料在减缓、减少或预防雾状冷凝水的形成上的行为和质量。

出乎意料地，本发明人发现根据本发明选择的加速电压和每单位表面积的离子剂量的范围能够借助离子轰击选择其中将亲水性向与防雾性相关的超亲水性(其特征在于水滴的接触角小于20°，优选小于10°)增强的实验条件。

这种超亲水性对防雾性的作用也被证明对增加光纤光学覆层的表面能非常有利，因此改进光学覆层周围的保护覆层(由聚合物制成)的粘附。

也可寻找亲水性、实际上甚至是超亲水性以促进玻璃注射器体中弹性活塞的滑动。

此外，他们还发现根据本发明的方法可以在“冷条件下”进行，尤其是在室温下，适当地，在实施所述方法期间将玻璃材料的温度保持在小于或等于玻璃材料的转变值。因此，可以有利地预防在玻璃材料体内发生对其机械性能有害的晶体改性。

根据本发明在剂量范围内选择每单位表面积的离子剂量可以来源于先前的校准阶段，在所述校准阶段中用来自N或O的离子之一轰击预期的玻璃材料组成的样品。可以用根据本发明范围之内的多个离子剂量对材料的各个区域进行该玻璃材料的轰击，观察经处理的区域以根据该玻璃材料的水滴接触角或还有通过将样品相对于水平面倾斜获得的相同液滴的最小脱离角选择合适的剂量。超出这个最小脱离角，水滴滑落并与其他液滴融合，同时夹带并去除组成雾的冷凝水。

因此可以通过简单的观察技术观察经处理的区域，例如对取自置于桌上的玻璃材料平面的液滴的图像，或液滴开始在玻璃材料上移动的倾斜角的记录。

不希望受限于任何一种科学理论，这种现象可以通过玻璃材料中的入射离子生成的化学键的性质来解释。入射离子优选以氧化硅或氮化硅的形式与硅重组，形成有利于增加表面能的高度极化键，从而增加初始极性。出乎意料地，本发明人发现材料表面呈现极性，也就是亲水性，这可以根据剂量和注入能量增强至超亲水性(水滴的接触角小于20°，实际上甚至小于10°)的点。

除了与曝光条件无关与防雾性相关的超亲水性的加强，本发明的方法能够在大约微米的厚度硬化玻璃材料的表面。因此本发明的方法表现出增加了表面对环境机械应力的抗性的优势。

根据不同的替代实施方案：

–玻璃材料不经过任何预先的离子轰击处理；

–玻璃材料用贵离子，如Ar、Kr或Xe预处理。这种预处理通过优选的原子溅射机制具有贫化注入区域(大约200nm的厚度)的碱金属离子，例如纳(Na)的效果，从而形成贫化区。该贫化区的特征是对浸出过程反应较小。

根据后一种实施方案，提前用属于氩(Ar)、氪(Kr)和氙(Xe)元素的重贵离子处理钠钙玻璃材料。这种预先处理的作用是形成有利于减少玻璃浸出现象的钠(Na)贫化区。这是因为，应当记住氧化物玻璃通常具有良好的抗腐蚀性。然而，可以通过将玻璃经受不同pH值的浴来改变其风化过程。在酸性浸出溶液的情况下，在玻璃和浴之间发生离子(碱金属离子/氢物质)交换。因此在玻璃表面形成由去碱化层组成的风化薄膜。这种层的特征是其折射率小于下面的健康玻璃。一方面，指数的下降与碱金属离子从玻璃脱离有关，还与孔的出现有关。这些体积对应于这些离子脱离后在基质中留下的空腔。浸出现象表现为玻璃漂白。表面钠存在的减少表现为孔的出现减少。

本发明人根据不同的浸入时间通过将未处理和处理的钠钙玻璃在室温下(20℃)浸入pH＝1的盐酸(HCl)溶液后微天平称重(浸入前后的重量差)进行腐蚀性测试。用两个剂量(10¹⁶和10¹⁷个离子/cm²)的强度分别为2、1.29、0.6、0.22和0.11mA的多电荷氩(Ar)离子Ar⁺、Ar²⁺、Ar³⁺、Ar⁴⁺、Ar⁵⁺束处理样本。这些多电荷离子用40kV(千伏)的电压提取。通过XPS(X-射线光电子能谱)分析在处理之前和之后以及浸入盐酸之前(HCl)玻璃的表面化学剂量成分硅(Si)、氧(O)和钠(Na)。这些结果记录于表a。在每次称重前，用蒸馏水洗涤浸在盐水(HCl)中的样品，然后干燥。

	未处理	10<sup>16</sup>个Ar离子/cm<sup>2</sup>	10<sup>17</sup>个Ar离子/cm<sup>2</sup>
				O	45.22％	47.11	49.36％
Si	17.12％	18.32	25.09％
				Na	6.13％	3.69	0.92％

表a

通过XPS获得的结果表明，在通过用氩(Ar)离子的轰击处理的作用下，钠(Na)的表面贫化的浓度从6.13％变成3.69％，然后变成0.92％。

本发明人在表b中记录了根据浸在HCl溶液中的不同持续时间(以天表示)，相同未处理玻璃和根据两个剂量10¹⁶和10¹⁷(Ar离子/cm²)仅在一侧处理的玻璃的样品重量(以克表示)。微天平的准确度为100微克。

浸渍持续时间

0天

1天

4天

未处理	3.7069	3.7068	3.7067
				10<sup>16</sup>(Ar离子/cm<sup>2</sup>)	3.8812	3.8812	3.8811
10<sup>17</sup>(Ar离子/cm<sup>2</sup>)	3.9523	3.9523	3.9523

表b

基于这些结果，很明显经处理玻璃的对应于重量损失的腐蚀率低于未处理玻璃。因此，在钠(Na)的贫化和抗腐蚀性的增加之间确实存在关联。图4表示在超过30天的时间段内的这种趋势。

本发明人尝试将这些实验结果外推至任何类型的重离子，例如氪(Kr)和氙(Xe)。为了大致评估碱金属(钠)贫化的进展和趋势、该贫化区的形式和程度，本发明人开发了一种半经验模型，该模型基于通过实验以重量损失测量的按钠钙玻璃重量计的平均溅射程度(在轰击样品之前和之后进行微天平称重)和与溅射程度相关的实验数据，所述实验数据与作为离子类型、它们的能量以及接受的剂量函数的参与玻璃组成的不同原子种类相关(在James Ziegler的著作“Stopping and Range Ions in Matter”(SRIM)中收集的数据)。在这个模型中，本发明人整合了以下事实：从玻璃中溅射出的原子全部来自入射离子在玻璃中经过的区域，以及当达到固定溅射条件(溅射厚度大于离子经过的厚度)时，出现与各个参与玻璃组成的原子成分相关的实验溅射程度。凭借这个模型，本发明人能够表明，在达到固定溅射条件之前，其中钠钙贫化机制(优选通过溅射钠离子喷出)竞争的贫化区逐渐变得明显，它的效果逐渐被按玻璃重量计的总体溅射清除。当到达固定条件时，碱金属离子的浓度谱稳定以提供低于初始浓度的浓度。

通过使用这种半经验模型以及通过将表c给出的钠钙玻璃的平均初始化学计量组成作为基础，对于这种用Ar或Xe重离子根据三个不同能量(20、40和60kV)以及不同剂量轰击的钠钙玻璃，本发明人得到了以下估计的结果：

表c

表d

从这个半经验模型，从表d总体上表明，对于10-100keV之间的能量，应该存在获得钠(Na)离子的明显贫化的可能性，从而通过选择以下剂量加强对浸出的抗性：

·对于用氩(Ar)的轰击，优选5.10¹⁶-5.10¹⁷个离子/cm²，

·对于用氙(Xe)的轰击，优选5.10¹⁵-5.10¹⁶个离子/cm²，

·通过外推，氪(Kr)给出10¹⁶-10¹⁷个离子/cm²的范围。

本发明人已经通过结合多能量氩Ar⁺离子所得效果将该半经验模型外推至真正的多电荷离子束。外推至强度分别为2、1.29、0.6、0.22和0.11mA、用35kV(千伏)的电压提取、且能量分别为35、70、105、140和175keV(千电子伏)的由多电荷Ar⁺、Ar²⁺、Ar³⁺、Ar⁴⁺、和Ar⁵⁺离子组成的离子束。本发明人已经能够根据两个实施剂量1.7×10¹⁶和1.7×10¹⁷个离子/cm²估计碱金属离子Na的浓度。图3和4表示用这种氩(Ar)离子束分别根据1.7×10¹⁶和1.7×10¹⁷个离子/cm²的剂量轰击后，钠(Na)的原子浓度谱。该浓度谱显示一系列平台期，表明从能量最低的氩离子(Ar⁺)到能量最高的氩离子(Ar⁵⁺)的渗透极限。横坐标对应深度，以埃(A)表示，和纵坐标对应原子浓度(％)。发现对于1.7×10¹⁷个离子/cm²的剂量，钠(Na)的浓度极大降低，在大约0.16微米的深度内，从10％的初始含量降低至2％的残余含量。可以观察到，这些半经验结果总体上被XPS分析所得结果实验性验证。应当记住，对于在35kV(千伏)提取的大约10¹⁷个Ar离子/cm²的剂量，对于6.13％的初始浓度，实验中通过XPS测得的钠(Na)残余浓度等于0.92％，而半经验模型预测的对于10％的初始浓度，残余浓度为2％。因此，这些结果验证了本发明人所得的并建议的对氪(Kr)和氙(Xe)的剂量范围选择，从而能够大幅度降低钠(Na)的浓度并增加抗腐蚀性。

图5表示在三个正方形样品(2×2cm,厚度为0.4cm)的腐蚀厚度在超过30天的长时间内的变化：一个样品是没有经过任何处理的参考样本，两个样品用40keV能量的氩(Ar)离子分别根据两个等于10¹⁶和10¹⁷个Ar离子/cm²的剂量仅处理一个表面。将这些玻璃样品于室温(25℃)下浸渍在相同的pH＝1的HCl溶液中。从重量差的测量结果评估它们的腐蚀厚度。横坐标表示浸渍持续时间，以天表示，和纵坐标表示腐蚀厚度，以微米(μm)表示。发现用10¹⁷个Ar离子/cm²的剂量处理的样品的抗腐蚀性大于用10¹⁶个Ar离子/cm²的剂量处理的样品(其本身大于参考样品)。

用重离子预先处理来加强对玻璃浸出的抗性只能够促进通过用氮(N)或氧(O)离子处理所得的超亲水性持续时间的增加。为了能够生成具有非常长持续时间的超亲水性层，为了降低表面对任何浸出过程的反应性这一目的，本发明人因此建议用上述剂量范围之内的Ar、Kr或Xe重离子轰击来进行这种预处理。

根据本发明的用于增强玻璃材料的亲水性的处理方法的各种实施方案，其可以与其他相结合：

–单位表面积的离子剂量为10¹⁵个离子/cm²至10¹⁸个离子/cm²；根据一个实施方案，单位表面积的离子剂量为10¹⁵个离子/cm²至10¹⁷个离子/cm²；根据一个实施方案，单位表面积的离子剂量为5.10¹⁵个离子/cm²至10¹⁸个离子/cm²；

–离子的加速电压为5kV至200kV；根据一个实施方案，离子的加速电压为10kV至100kV；离子的加速电压为10kV至50kV；离子的加速电压为20kV至40kV；

–确定单位表面积的离子剂量和离子的加速电压从而使表面原子浓度大于或等于氮的原子浓度阈值0.1％和氧的原子浓度阈值2.5％；

–离子束的离子是氮(N)，加速电压AV大于或等于10kV，单位表面积的离子剂量大于或等于值DNmin＝(AV/20)²，其中DNmin以10¹⁶个离子/cm²表示，加速电压AV以kV表示，或者离子束的离子是氧(O)，加速电压AV大于或等于10kV，单位表面积的离子剂量大于或等于值DOmin＝10.(AV/20)^1.5，其中DOmin以10¹⁶个离子/cm²表示，加速电压AV以kV表示；

–离子由产生多电荷离子并具有紧凑和节约能源的优势的电子回旋共振(ECR)源产生；

–玻璃材料选自钠钙玻璃的列表。

根据一个实施方案，单位表面积的离子剂量为10¹⁵个离子/cm²至10¹⁷个离子/cm²，离子的加速电压为10kV至50kV，例如20kV至40kV。

根据一个实施方案，本发明的亲水处理方法包括初步阶段，其中单位表面积的离子剂量和离子的加速电压根据以下阶段确定：

a.选择离子的加速电压为10kV至100kV；

b.选择单位表面积的离子剂量为10¹⁵个离子/cm²至10¹⁷个离子/cm²；

c.在选择的条件下进行根据本发明的处理；

d.测量经处理的玻璃材料上的水滴的接触角；

e.将测得的接触角与期望的接触角的值相比较；

f.如果测得的接触角大于期望的接触角的值，用之前使用的单位表面积的离子剂量的两倍再次进行根据本发明的处理；

g.重复阶段c-f直到测定单位表面积的离子剂量和离子的加速电压从而使测得的接触角小于或等于期望的接触角的值。

根据一个实施方案，期望的接触角的值小于或等于20°，例如等于20°或等于15°或等于10°。

具体实施方式

本发明的其他区别特征和优势将通过以下非限制性的实施例的描述来体现。

根据本发明的一个实施例，研究对象是钠钙玻璃材料样品，对一些样品用氮离子，和对其他样品用氧离子。这些离子由ECR源发射。钠钙玻璃家族组合了基于硅石SiO₂、基于通常在生产中以CaO和Na₂O形式引入的钙和钠的玻璃。这些玻璃是最常用的；它们用于制造瓶子和窗玻璃，代表了大约90％的玻璃生产。

强度为1mA的氮离子束包含N⁺、N²⁺和N³⁺离子；提取和加速电压为20kV；N⁺能量为20keV、N²⁺能量为40keV和N³⁺能量为60keV。

强度为1mA的氧离子束包含O⁺、O²⁺和O³⁺离子；提取和加速电压为20kV；O⁺能量为20keV、O²⁺能量为40keV和O³⁺能量为60keV。

待处理的样品以每次来回4mm(离子束直径(测量为40mm)的10％)的侧推进以120mm/s的移动速度相对于离子束移动。在几个部分进行处理以获得必要的剂量。

可以通过在表面上放置水滴来评估表面的亲水性。图1表示在平坦表面上平衡的水滴。可以通过测量接触角(A)用水来定量表面的亲水性。接触角越小，表面的亲水性越大。当接触角小于20°，例如小于10°时，表面是超亲水性的。如果接触角大于90°，表面是疏水的。

通过在根据本发明的方法用剂量为10¹⁵、10¹⁶和10¹⁷个离子/cm²，加速电压为20kV处理的表面上放置水滴进行测试。表1和2给出了根据本发明的方法分别用不同剂量的氮离子和氧离子处理的玻璃材料上放置的水滴的接触角的值。

还通过在根据本发明的方法用剂量为10¹⁵、10¹⁶和10¹⁷个离子/cm²，加速电压为35kV的氮离子处理的表面上放置水滴进行测试，结果如表1第二部分所示。

表1：氮

表2：氧

发现对于20kV的加速电压，用从10¹⁵个离子/cm²起的氮或氧获得亲水性。发现对于35kV的加速电压，用从10¹⁷个离子/cm²起的氮获得亲水性。接触角随着剂量减小。对于相同剂量，氮比氧更有效地产生超亲水性(接触角小于20°，尤其小于10°)。对于20kV的加速电压，对于氮，从大约10¹⁶个离子/cm²的剂量起清楚观察到超亲水性；对于相同加速电压的氧，必需达到超过10¹⁷个离子/cm²大约10倍的剂量。因此，对于钠钙玻璃材料，存在从亲水性至尤其与防雾性相关的超亲水性的变化。

因此，本发明人表明，存在获得超亲水性的可能剂量的范围。该研究获得的对于20kV的加速电压的最低剂量是10¹⁶个离子/cm²(氮)和10¹⁷个离子/cm²(氧)。本发明人估计，对于20kV的加速电压，总体上用于获得明显的亲水性(水滴的接触角小于或等于20°)的剂量范围大约为5x10¹⁵个离子/cm²至10¹⁸个离子/cm²。

此外，本发明人还发现，对于等于35kV的更大加速电压，用来获得超亲水性(水滴的接触角小于10°)的所需剂量更大，对于氮和氧，均大约比20kV的电压下所需的大3倍。对于氮，剂量大约为3x10¹⁶个离子/cm²，对于氧，剂量大约为2.5x10¹⁷个离子/cm²。

对于20kV的电压，经计算，10¹⁶个氮离子/cm²和10¹⁷个氧离子/cm²的剂量分别对应的注入离子的表面原子浓度为大约0.1％(氮)和2.5％(氧)。

对于35kV的电压，经计算，3x10¹⁶个氮离子/cm²和3x10¹⁷个氧离子/cm²的剂量分别对应的注入离子的表面原子浓度(在最远的表面)为大约0.1％(氮)和2.5％(氧)。

基于这些实验结果，本发明人通过计算估计，表面原子浓度必须超过大约0.1％(氮)和2.5％(氧)的原子浓度阈值以获得超亲水性效果。基于从该阈值原子浓度起出现这些超亲水性，本发明人能够通过外推计算对于给定的加速电压，获得这些超亲水性所需的最低剂量。对于氮和氧的这些结果记录于下表：

对于氮，通过外推获得以下结果：

对于大于10kV的加速电压，可以从该表提取经验公式，将氮原子的最低剂量DNmin(以10¹⁶个离子/cm²表示)与加速电压AV联系起来(以kV表示)：

DNmin＝(AV/20)²。

对于氮，通过外推获得以下结果：

对于大于10kV的加速电压，可以从该表提取经验公式，将氧原子的最低剂量DOmin(以10¹⁶个离子/cm²表示)与加速电压AV联系起来(以kV表示)：

DOmin＝10.(AV/20)^1.5。

可以通过测量表面上液滴的脱离角评估表面排出水，从而雾的能力。图2表示能够测量脱离角的装置。将液滴置于样品上，它相对于水平面的倾斜角可以变化。逐渐增加角度(A)。将液滴的重量W转化成切向力Fs，所述切向力Fs的作用是当表征排出样品上的水的能力的角度(A)大于最小脱离角时，使液滴从倾斜面滑落。

对于氮和氧，结果与离子束(其特征如上所述)一起分别结合于表3和4。

估计剂量(10<sup>16</sup>个N离子/cm<sup>2</sup>)	最小脱离角(°)
		0	55
0.1	33
		1	25
10	15

表3

表4

发现根据本发明方法处理的样品的脱离角比未处理的样品低40°(氮)和低35°(氧)。这意味着使水滴滑落所需的力减小。这种滑动力Fs对应液滴投射至滑动面的重量W：Fs＝W×sin(A)。应用这个规律，估计未处理样品的液滴滑动力等于W.sin(55°)，对于10¹⁷个离子/cm²的剂量，则等于W.sin(15°)，即液滴对经处理的玻璃材料的粘附降低了70％。

根据本发明的方法的不同实施方案，其可以彼此组合：

–玻璃材料可以0.1mm/s-1000mm/s的速率R_FP相对于离子束移动。因此可移动样品以处理尺寸大于离子束的区域。前进速率R_FP可以不变或变化。根据一个实施方案，玻璃材料移动而离子束固定。根据另一个实施方案，离子束扫描玻璃材料。当离子束是可移动时，玻璃材料也可以移动。根据一个实施方案，玻璃材料的相同区域在离子束下以速率R_FP根据通过次数N移动。因此，可以用N次通过结束时与玻璃材料相同的区域接受的离子剂量的总和相对应的离子剂量来处理该区域。还应当注意，如果玻璃材料的尺寸允许，处理阶段可以是静态的且由一次或多次离子闪烁产生。

因此，根据本发明方法处理的超亲水性表面呈现三个优势：

–与亮度条件无关，在长时间内抑制雾的形成。

–使液滴更好地扩散，从而融合以形成快速蒸发的水膜。

–使稍微倾斜的表面上的液滴更快地排出。

Claims (17)

1.一种用于增强玻璃材料的亲水性的处理方法，其特征在于，它由离子轰击组成，其中：

-离子束的离子选自氮(N)和氧(O)元素的离子；

-所述离子的加速电压AV大于或等于5kV且小于或等于1000kV；

-所述玻璃材料的温度低于或等于玻璃化转变温度；

-单位表面积的所述离子剂量为10¹²个离子/cm²和10¹⁸个离子/cm²之间的范围,

其中所述玻璃材料形成由离子轰击组成的预处理的对象，其中：

-离子束的离子选自氩(Ar)、氪(Kr)和氙(Xe)元素的离子；

-所述离子的加速电压大于或等于5kV且小于或等于1000kV；

-所述玻璃材料的温度低于或等于所述玻璃化转变温度；

-单位表面积的所述离子剂量选自10¹²个离子/cm²和10¹⁸个离子/cm²之间的范围。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氩(Ar)离子的剂量范围为5×10¹⁶至5×10¹⁷个离子/cm²以持续增强所述亲水性。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氪(Kr)离子的剂量范围为10¹⁶至10¹⁷个离子/cm²以持续增强所述亲水性。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氙(Xe)离子的剂量范围为5×10¹⁵至5×10¹⁶个离子/cm²以持续增强所述亲水性。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述单位表面积的离子剂量选自5×10¹⁵个离子/cm²和5×10¹⁸个离子/cm²之间的范围以将水滴的接触角降低至低于小于或等于20o的值。

6.如权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，测定单位表面积的离子剂量和离子的加速电压从而使表面原子浓度大于或等于氮的原子浓度阈值0.1％和氧的原子浓度阈值2.5％。

7.如权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述离子束的离子是氮(N)，所述加速电压AV大于或等于10kV，所述单位表面积的离子剂量大于或等于值DNmin＝(AV/20)²，其中DNmin以10¹⁶个离子/cm²表示，加速电压AV以kV表示。

8.如权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述离子束的离子是氧(O)，所述加速电压AV大于或等于10kV，所述单位表面积的离子剂量大于或等于值DOmin＝10.(AV/20)^1.5，其中DOmin以10¹⁶个离子/cm²表示，加速电压AV以kV表示。

9.如权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括初步阶段，其中单位表面积的离子剂量和离子的加速电压根据以下阶段确定：

a.选择离子的加速电压为10kV至100kV；

b.选择单位表面积的离子剂量为10¹⁵个离子/cm²至10¹⁷个离子/cm²；

c.根据权利要求1-5任一项所述的方法在选择的条件下进行处理；

d.测量经处理的玻璃材料上的水滴的接触角；

e.将测得的接触角与期望的接触角的值相比较；

f.如果测得的接触角大于期望的接触角的值，用之前使用的单位表面积的离子剂量的两倍再次根据权利要求1-5任一项所述的方法进行处理；

g.重复阶段c-f直到测定单位表面积的离子剂量和离子的加速电压从而使测得的接触角小于或等于期望的接触角的值。

10.如权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述玻璃材料以0.1mm/s-1000mm/s的速率R_FP相对于所述离子束移动。

11.如权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述玻璃材料的相同区域在离子束下以速率R_FP根据通过次数N移动。

12.如权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述玻璃材料选自钠钙玻璃。

13.如权利要求1-12任一项所述的方法用于处理块状玻璃部件的用途，所述块状玻璃部件选自汽车挡风玻璃、眼镜镜片、光学装置的透镜、镜子、建筑物的窗、光导纤维和玻璃注射器体。

14.如权利要求1所述的方法,其中所述离子的加速电压AV大于或等于5kV且小于或等于200kV。

15.如权利要求1所述的方法,其中所述离子的加速电压AV大于或等于10kV且小于或等于100kV。

16.如权利要求1所述的方法,其中单位表面积的所述离子剂量为大于或等于10¹⁵个离子/cm²且小于或等于10¹⁸个离子/cm²。

17.如权利要求1所述的方法,其中单位表面积的所述离子剂量为大于或等于10¹⁵个离子/cm²且小于或等于10¹⁷个离子/cm²。