【中国科学报】给电子产品穿上“防水衣”
日期：2019-08-03 10:07:56
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■本报记者 沈春蕾
潮湿、腐蚀、进水是造成电子产品寿命降低或损坏的主要原因。在电子产品表面涂敷防护涂层，是提高电子产品使用寿命的重要方法之一。目前，大多数电子产品采用三防漆和派瑞林涂层实现防水与防护。因相对较厚，涂敷于电子产品表面后，影响产品信号传输性等。因此，电子产品如何防水防护一直是摆在科学家面前的难题。
日前，记者从中科院宁波材料所获悉，该所海洋环境材料研究团队攻克了电子产品低温等离子体防水涂层关键技术，相关产品已在华为、vivo、小米、OPPO等高端手机与无人机、汽车、海洋工程等电子产品中广泛应用。
海洋环境材料研究团队负责人、中科院宁波材料所研究员曾志翔告诉《中国科学报》记者：“我们团队与江苏菲沃泰纳米科技有限公司联合开发了一系列防水纳米涂层产品，现居国内电子产品防水涂层领域市场占有量的首位，并在苹果、三星等国际企业进行量产可行性论证。”
从亲油疏水材料说起
曾志翔告诉记者，海洋环境材料研究团队由薛群基院士取名，团队早前完成了高性能亲油疏水材料的研发。
随着海洋经济发展，海洋运输、开采过程中的石油泄漏等突发事件频繁发生。在货轮靠岸时，船舶压舱水、洗舱水、机舱污水的排放也会导致大量含油废水产生。这些含油污水给海洋生态环境带来了巨大危害。
传统溢油应急清理方法存在诸多不足之处。比如，传统吸附材料吸油的同时也吸水，回收油较为困难；对油污处理速度较慢，效率较低；残留的薄油层分散到水里，形成乳化油，严重影响海洋生物的生长。
为此，宁波材料所组建了海洋环境材料研究团队，团队先后研发了高性能亲油疏水材料、超疏水吸油毡材料、高性能围油栏材料等系列海洋溢油回收产品，相继在胜利油田、中石化、中船重工等相关企业储备与广泛应用。
正是有了亲油疏水材料的技术积累，团队开发防水材料也就水到渠成。曾志翔指出，这两种材料都是通过调控涂层的微结构和表面能来实现的，其中亲油疏水材料是通过液相方法，防水材料是通过真空气相方法，因为大多数电子产品是不能通过溶液液体处理的。
企业嗅商机求合作
曾志翔说：“如何运用纳米级别涂层替代传统产品，在保证防水、防护同时，尽量减少其影响产品外观、导电性、散热性和信号传输性，是需解决的技术难题。”
2016年，一家来自江苏的企业敏锐地嗅到了电子产品防水涂层市场的商机，多方打听来到宁波材料所，希望能与海洋环境材料研究团队进行合作，开发低温等离子体纳米涂层装备与关键技术。
在设备方面，海洋环境材料研究团队攻克了全自动一体化设计与在线监控技术，等离子体场、电场、化学场的优化融合技术系列等关键难点，开发了FT-X系列低温等离子体纳米涂层制备设备，破解了涂层生产效率、质量、均匀性、成品率与性价比等方面难题。
在纳米涂层工艺上，团队攻克了单体功能团合成与调控技术和涂层多尺度结构控制技术，构建了多尺度梯度纳米涂层体系，解决了防水、防护与散热、透波性、导通性间的矛盾。
经过两年努力，海洋环境材料研究团队开发了一系列防水纳米涂层，分别实现了电子产品IPX3级、IPX5级、IPX7级和客户自定义级防水，并实现量产。
技术领先于国内外同行
经过测试，电子产品穿上海洋环境材料研究团队设计的“防水衣”，在水深1米的情况下浸泡1小时，捞上来后仍能正常使用。
据悉，当前电子产品主要采用结构防水和涂层防水两种方式，通常结构防水可以达到IPX7级，但是成本较高，工艺复杂；涂层防水成本较低，但是通常防水级别相对较低，很难达到IPX7级。
曾志翔介绍道：“我们通过工艺和设备的持续创新，用涂层的方法，低成本实现电子产品的IPX7级以上防水效果。相关技术综合指标领先国内外同类企业，突破了国外技术垄断，形成了具有自主知识产权的系列技术，已为企业节约了大量生产和售后服务成本。”
团队对比国内外企业的一些同类产品后发现，生产低温等离子体纳米涂层的操作工艺简便、自动化程度高、只需要2个工人即能管理一条日产数万个产品的生产线；使用该涂层的电子产品防水性好，无须增加密封件，仅通过涂层即能实现IPX7级防水，“目前未见国内外其他科研单位和企业的量产技术达到这个水平”。曾志翔说。
另外通过密封件实现的防水技术，当产品摔落几次后，密封件难免出现缝隙，导致防水等级降低。曾志翔说：“我们的涂层防水产品，从1米高处摔落18次后仍然能保持防水性能不降低；涂层产品经过紫外老化测试100小时后，仍然能保持原有防水性能不降低。”
当前，低温等离子体纳米涂层产品已占国内电子产品防水涂层市场的70%，曾志翔认为这项研究本身就是以市场为导向，后续还会采纳市场反馈，进一步投入研发，解决客户提出的问题。“电子产品更新换代非常快，这要求技术不断推陈出新，希望能满足更多客户的需求。”
（原文刊登于2018年7月30日《中国科学报》第6版）
【原文链接】http://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2018/7/337579.shtm?id=337579
