孫文辰，李 群，張道芬，袁清玥

(安徽醫(yī)科大學(xué), 合肥 230032)

護(hù)目鏡是醫(yī)學(xué)和一些特殊領(lǐng)域常用的防護(hù)工具，它可以避免輻射光對(duì)眼睛的傷害，同時(shí)有效預(yù)防病原體感染，阻隔病毒飛沫的傳播，在非典和新冠疫情中對(duì)醫(yī)護(hù)人員起到重要的防護(hù)作用。但是，由于護(hù)目鏡在使用過(guò)程中的高度封閉性，呼吸所產(chǎn)生的水汽難免會(huì)造成護(hù)目鏡起霧。鏡片起霧會(huì)不同程度地影響使用者的視覺(jué)功能，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致使用者不能視物而喪失作業(yè)能力，影響視野及診斷與一些精細(xì)操作，所以將鏡片在工作過(guò)程中的起霧程度降低具有非常重要的實(shí)用意義。

1 水霧形成原理與解決方式

水霧是由于空氣中的水蒸氣在遇到溫度較低的物體表面時(shí)發(fā)生凝聚而形成的水滴，水滴的形成，從本質(zhì)上可以認(rèn)為是一種相變的過(guò)程。氣相的水在接觸較冷物體表面時(shí)，液化形成了液態(tài)水，而且液態(tài)水滴的存在也受冷凝與蒸發(fā)這兩個(gè)過(guò)程的影響。

目前，防止水霧產(chǎn)生的諸多方法中，可分為兩大部分，即改變物體表面的環(huán)境參數(shù)與改變物體基底材料的特征。目前鏡片防霧技術(shù)主要有結(jié)構(gòu)式鏡片防霧技術(shù)、物化式鏡片防霧技術(shù)、人工鏡片防霧方法等[1]。結(jié)構(gòu)式鏡片防霧技術(shù)通過(guò)調(diào)整鏡片表面溫度及通風(fēng)環(huán)境以達(dá)到阻止起霧的目的，比如在防護(hù)罩體內(nèi)采用了一種引導(dǎo)吸入空氣吹掃鏡片的“ Y 型管(Tissort Deflector)”工作原理，清晰但需引入附屬，使得護(hù)目鏡整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜繁重。物化式鏡片防霧技術(shù)是在鏡片表面噴涂化學(xué)物質(zhì)，即應(yīng)用親水性或疏水性化學(xué)物質(zhì)抑制水汽形成霧滴[2]，在一定時(shí)間段性能較好，但時(shí)效性較短，導(dǎo)致工作性能不穩(wěn)定。人工鏡片防霧方法即通過(guò)擦拭等人工干預(yù)辦法簡(jiǎn)單去除鏡片上的水汽霧滴，該方法比較簡(jiǎn)單粗暴，對(duì)防護(hù)級(jí)別不高的情況下較適用，但是它無(wú)法滿(mǎn)足醫(yī)務(wù)人員需連續(xù)工作時(shí)的防護(hù)要求。

2 等離子體表面處理技術(shù)

霧是一種小液滴，無(wú)數(shù)小液滴在一起，就會(huì)散射光線，從而影響視線。超親水表面就是讓小液滴不形成液滴，液滴上去就直接鋪開(kāi)而形成一層水膜，這樣就不會(huì)形成散射，而水膜只要夠薄，它的透明度就是很高的，近幾十年來(lái)，等離子體對(duì)材料表面的改性得到了廣泛應(yīng)用。通常情況下,等離子體會(huì)產(chǎn)生高能物質(zhì)，如帶電粒子、自由基、表面的原子和分子，這取決于等離子體源的工作過(guò)程，發(fā)生在表面外露材料如腐蝕、活化、清洗等都會(huì)導(dǎo)致修改材料的表面性能。在等離子體工作過(guò)程中，可以使用不同的氣壓和接枝氣體條件，在鏡片表面達(dá)到不同的處理程度[3]。在特定的工藝下，等離子體對(duì)鏡片表面改性處理后可提高鏡片表面的親水性能，且具有較好的穩(wěn)定性，從而達(dá)到很好的防霧效果，滿(mǎn)足醫(yī)用護(hù)目鏡的工作要求。

3 鏡片表面處理及測(cè)試

3.1 樣品制備與測(cè)試方法

接觸角是在固體表面液滴完全靜止時(shí)，在固、液、氣三態(tài)，從固體基底表面的固-液界面經(jīng)過(guò)液體內(nèi)部到氣-液界面的夾角，其大小可以反映出材料的濕潤(rùn)性程度，當(dāng)接觸角越小時(shí)，可以表明材料的濕潤(rùn)性越高，水蒸氣在鏡片表面越不易形成水滴，故在研究中，可以用測(cè)量接觸角大小的方法定量比較試件的濕潤(rùn)性大小。通過(guò)接觸角的大小來(lái)判讀其表面親水性的優(yōu)劣，接觸角越小說(shuō)明鏡片表面親水性越好。將鏡片放置在等離子體處理設(shè)備中(見(jiàn)圖1)，對(duì)多組鏡片經(jīng)過(guò)不同的處理工藝后，測(cè)試其表面接觸角并分析確定最優(yōu)處理工藝。另外，通過(guò)直接觀察法，進(jìn)一步驗(yàn)證鏡片防霧效果。將經(jīng)過(guò)等離子體處理前后的鏡片放置于統(tǒng)一的、固定的起霧條件下，透過(guò)鏡片觀察某一固定物體，根據(jù)觀察者的主觀意識(shí)感覺(jué)對(duì)起霧程度、影響觀察程度進(jìn)行一個(gè)評(píng)分，評(píng)分采用十分制，越影響觀察則其分?jǐn)?shù)越高，最后通過(guò)比較判定等離子體改性處理鏡片對(duì)防起霧效果的有效性。

圖1 等離子體處理設(shè)備Fig.1 Plasma processing equipment

3.2 處理結(jié)果及分析

鏡片表面經(jīng)過(guò)OPS等離子體科技有限公司生產(chǎn)的設(shè)備(見(jiàn)圖1)進(jìn)行等離子體改性處理，起始階段，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，鏡片表面接觸角逐漸減小，60 s后，鏡片表面的接觸角從原始表面的81°下降到15°，接著隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，接觸角變化略有增加，當(dāng)表面活化時(shí)間延長(zhǎng)至300 s后，接觸角值回升至25°，接觸角隨時(shí)間的變化值見(jiàn)表1。

表1 不同處理時(shí)間下鏡片表面的接觸角Tab.1 Contact angle of lens surface under different processing time

由圖2可發(fā)現(xiàn)，鏡片表面經(jīng)等離子體改性處理后，其表面親水性能有明顯改變，0～60 s的接觸角變化最大，說(shuō)明其表面親水性能有了較大改善。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，當(dāng)處理時(shí)間在60～80 s時(shí)，接觸角變化很小，說(shuō)明親水性基本不變，再隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，接觸角有上升趨勢(shì)，當(dāng)時(shí)間達(dá)到300 s時(shí)，接觸角回升至25°，說(shuō)明其表面親水性能在下降。由此可見(jiàn)，利用等離子體工藝來(lái)處理鏡片表面60 s，對(duì)其親水性能的提高最顯著。同時(shí)采用直接觀察法進(jìn)一步驗(yàn)證鏡片處理前后的防霧效果可發(fā)現(xiàn)，處理時(shí)間在60～120 s、接觸角達(dá)到15°～15.5°時(shí)，鏡片在霧氣環(huán)境中仍保持清晰，說(shuō)明防霧效果最佳。

圖2 接觸角隨處理時(shí)間的變化曲線Fig.2 Curve of contact angle changing with processing time

4 結(jié)論

經(jīng)等離子體處理后，鏡片表面的接觸角從原始的81°下降到15°，說(shuō)明等離子體工藝可以顯著改變鏡片表面的親水性能；鏡片表面經(jīng)等離子體改性處理60s時(shí)，表面的接觸角達(dá)到最小值，說(shuō)明此時(shí)鏡片表面的親水性能達(dá)到最佳，同時(shí)通過(guò)直接觀察法進(jìn)一步驗(yàn)證此工藝處理的鏡片，防霧效果很好。