CN103592701B - 菲涅尔透镜表面的减反增透涂层及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于纳米材料制备技术领域，特别涉及菲涅尔透镜表面的减反增透涂层和菲涅尔透镜表面的超亲水自清洁的减反增透涂层，以及它们的制备方法。本发明将含有粒径大约为10～100nm的实心SiO2球形纳米粒子的乙醇悬浮液旋涂在经氧等离子体处理得到的菲涅尔透镜的纹面和光面，沉积后得到减反增透涂层。将含有粒径为30～100nm的介孔SiO2球形纳米粒子的乙醇悬浮液旋涂在带有所述的减反增透涂层的菲涅尔透镜的纹面和光面，沉积后得到超亲水自清洁的减反增透涂层。带有减反增透涂层的菲涅尔透镜的透光率能从94.3%提高到99.8%。带有超亲水自清洁的减反增透涂层的菲涅尔透镜的透光率能从94.3%提高到98.5%。
Description
技术领域
本发明属于纳米材料制备技术领域，特别涉及菲涅尔透镜表面的减反增透涂层及其制备方法，以及涉及菲涅尔透镜表面的超亲水自清洁的减反增透涂层及其制备方法。
背景技术
透镜在光学器件上有广泛的应用，但当透镜的尺寸很大时，传统的球面透镜的体积和重量都会很大，对球面透镜的球差和色差的影响也会十分严重。菲涅尔透镜的出现为克服上述问题带来了希望，与传统的球面透镜相比，菲涅尔透镜由于是很薄的平面薄片，其体积和重量都很小，而且可以校正大部分球差和色差，所以在很多场合可以代替球面透镜使用。
自清洁和减反增透纳米结构的涂层在太阳能光伏发电、光伏建筑材料、太阳能集热器、宇航等领域具有广泛的应用和巨大的市场。我国仅太阳能热水器对太阳能玻璃的需求就达一亿平方米，预计到2030年光伏发电有望占全世界发电量的5%～20%，在我国，除了应用领域和科技示范外，国家示范项目、民心工程和国际合作项目，送电到乡、光明工程、国家光伏并网等均已启动，亚洲最大的太阳能应用技术研究与示范基地在甘肃省榆中县建成并已投入运行。可以展望，一个大规模利用太阳能的新时代已经来临。太阳能的广泛利用需要具有更高的透光率和更低的反射率的太阳能玻璃，同时大面积的投产使用太阳能玻璃带来了十分繁重的清洁工作，由此迫切需要表面具有自清洁功能的太阳能玻璃。
国外在20世纪60年代就已经开始了玻璃自清洁和减反增透的研究，减反增透层通常采用不同折射率的均一薄膜来实现增透效果，根据目前的光学增透原理，厚度在λ/4时可以在单一波长处有很窄的减反增透效果。若要实现宽光谱减反增透就必须叠加多层不同介质的薄膜，这给加工工艺和技术带来了困难。JP 10-20102A公开了一种包含7层不同介质层的增透薄膜，但该增透膜在约400nm和300nm的波长范围内对可见光的增透性能不足。JP2006-3562公开了一种包含多个层的增透膜，但对接近400nm波长的可见光没有足够的反射率。目前，世界上发达国家均有知名公司在专门从事自清洁玻璃的研究开发和制作，如英国Pilkington公司、日本TOTO公司、美国PPG公司、德国GEA公司、VTA公司、UIC公司等；在应用开发方面，日本率先展开开发、推广、应用TiO2光催化自清洁玻璃。英国Pilkington玻璃公司在开发应用TiO2光催化自洁净玻璃方面已走在欧、美玻璃商的前列。美国W.L.Tonar等人研制的透明复合自清洁防雾玻璃(W.L.Tonar eta1．Electrochromic Device Having A Self-cleaning Hydrophilic Coating．UnitedStates Patent Application Publication US2001／00210066A 1,2001-09-13；K.Toru.Vehicle Mirror.United States Patent US5594585:1997-01-14;K.Toru.Anti-fog Element.US5854308:1998-12-29；K.Takahama et a1．Method ofForming Hydrophilic Inorganic Coating Film And Inorganic CoatingComposition．United States Patent Application Publication US2001／008696A1,2001-07-13)，是在玻璃基材的表面形成具有催化作用的光催化剂透明涂层，再在光催化剂透明涂层的表面形成具有亲水性的透明多孔无机氧化物(SiO2和Al2O3)薄膜。可见，对玻璃的自清洁和减反增透的研究和应用已经很多，并取得了很好的进展，但目前还没有菲涅尔透镜的自清洁和减反增透研究的相关报道。
普通的菲涅尔透镜通常是用有机玻璃(PMMA)制备而成，PMMA与普通玻璃相比具有更高的透光率、更好的可塑性和柔韧性。然而，由于它的玻璃化转变温度较低，所以一些高温的后处理(如煅烧等)方法不能应用于菲涅尔透镜，这就导致目前的很多制备减反增透自清洁涂层的方法(往往包括如煅烧的后处理过程)不适用于菲涅尔透镜。
发明内容
本发明的目的之一是提供菲涅尔透镜表面的减反增透涂层，涂有该涂层的菲涅尔透镜的透光率层能从94.3%提高到99.8%。
本发明的目的之二是提供菲涅尔透镜表面的超亲水自清洁的减反增透涂层，涂有该涂层的菲涅尔透镜的透光率能从94.3%提高到98.5%，其表面具有超亲水性能。
本发明的目的之三是提供方法和工艺简单、原料廉价、成本低、节省时间、适用范围广的菲涅尔透镜表面的减反增透涂层和超亲水自清洁的减反增透涂层的制备方法。
本发明的菲涅尔透镜表面的减反增透涂层是粒径大约为10～100nm的实心SiO2球形纳米粒子层，该减反增透涂层的表面具有粗糙结构。
所述的减反增透涂层的表面有粒径大约为30～100nm的介孔SiO2球形纳米粒子层，由此在菲涅尔透镜的表面得到超亲水自清洁的减反增透涂层，该超亲水自清洁的减反增透涂层的表面具有粗糙结构。
本发明的菲涅尔透镜表面的减反增透涂层的制备方法是采用含有粒径大约为10～100nm的实心SiO2球形纳米粒子的悬浮液，利用旋涂的方法将所述的悬浮液旋涂到菲涅尔透镜的表面，使粒径大约为10～100nm的实心SiO2球形纳米粒子沉积到菲涅尔透镜的表面，在菲涅尔透镜的表面制备得到减反增透涂层；通过在上述减反增透涂层的表面再旋涂含有粒径大约为30～100nm的介孔SiO2球形纳米粒子的悬浮液，在菲涅尔透镜的表面制备得到超亲水自清洁的减反增透涂层。所述的超亲水自清洁的减反增透涂层具有很小的水接触角(水在带有超亲水自清洁的减反增透涂层的菲涅尔透镜表面的接触角能在0.5秒内达到5度以下)，水滴滴在超亲水自清洁的减反增透涂层的表面可以很快铺展，很容易冲走污染物而不留下任何痕迹，从而实现自清洁。所需仪器设备简单、廉价，易于工业化。
所述的粒径大约为10～100nm的实心SiO2球形纳米粒子为市售产品，或按照(W，Fink A,Bohn E.Journal of Colloid & Interface Science,1968,6:62～69)方法进行制备；所述的粒径大约为30～100nm的介孔SiO2球形纳米粒子可按照Qiao等(Qiao Z,Zhang L,Guo M,Liu Y，Huo Q.Chemistry ofMaterials,2009,21:3823-3829)方法进行制备。
本发明的菲涅尔透镜表面的减反增透涂层的制备方法包括以下步骤：
(1)将菲涅尔透镜在水中超声清洗(一般超声清洗的时间为10～20分钟)，用惰性气体吹干，然后用氧等离子体进行处理(一般氧等离子体进行处理的时间为5～10分钟)；
(2)配制含有粒径大约为10～100nm的实心SiO2球形纳米粒子的乙醇悬浮液，使用旋涂仪将上述悬浮液旋涂在步骤(1)经氧等离子体处理得到的菲涅尔透镜的纹面和光面；
(3)将步骤(2)制备得到的菲涅尔透镜自然晾干，在菲涅尔透镜的表面得到粒径大约为10～100nm的实心SiO2球形纳米粒子层，由此在菲涅尔透镜的表面得到减反增透涂层，该减反增透涂层的表面具有粗糙结构。
使用旋涂仪，进一步将含有粒径大约为30～100nm的介孔SiO2球形纳米粒子的乙醇悬浮液旋涂在带有所述的减反增透涂层的菲涅尔透镜的纹面和光面；自然晾干，在所述的减反增透涂层的表面得到粒径大约为30～100nm的介孔SiO2球形纳米粒子层，由此在菲涅尔透镜的表面得到超亲水自清洁的减反增透涂层，该超亲水自清洁的减反增透涂层的表面具有粗糙结构。
所述的旋涂的方法为：在将含有粒径大约为10～100nm的实心SiO2球形纳米粒子的乙醇悬浮液滴加到菲涅尔透镜的纹面和光面后，用500～1000r/min的转速旋转10～20秒，再用1000～4000r/min的转速旋转30～60秒。在将含有粒径大约为30～100nm的介孔SiO2球形纳米粒子的乙醇悬浮液滴加到带有所述的减反增透涂层的菲涅尔透镜的纹面和光面后，用500～1000r/min的转速旋转10～20秒，再用1000～4000r/min的转速旋转30～60秒。
所述的含有粒径大约为10～100nm的实心SiO2球形纳米粒子的乙醇悬浮液的质量浓度为0.1%～1.5%。
所述的含有粒径大约为30～100nm的介孔SiO2球形纳米粒子的乙醇悬浮液的质量浓度为0.1%～1.5%。
所述的菲涅尔透镜是平面菲涅尔透镜，是由PMMA注压而成的圆形薄片，其表面一面为光滑平整表面，称为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆，称为纹面。
本发明中的菲涅尔透镜经过氧等离子体处理，表面有很多-OH基团，能够与实心SiO2球形纳米粒子之间形成-Si-O-Si连接，使实心SiO2球形纳米粒子牢固地附着在菲涅尔透镜的表面形成网状结构的涂层，大大地改善了其耐久性。所形成的实心SiO2球形纳米粒子层可增大摩擦系数，此外SiO2还具有较低的反射率和很好的耐磨性能，因而，实心SiO2球形纳米粒子层具有一定的耐磨损性和很好的减反增透性。带有减反增透涂层的菲涅尔透镜的透光率能从94.3%提高到99.8%；带有超亲水自清洁的减反增透涂层的菲涅尔透镜的透光率能从94.3%提高到98.5%。
本发明以廉价的平面菲涅尔透镜作为基底，通过旋涂的方法将实心SiO2球形纳米粒子沉积到菲涅尔透镜的表面。由于实心SiO2球形纳米粒子之间的间隙孔，使实心SiO2球形纳米粒子层具有加大的孔隙率，进而使带有减反增透涂层的菲涅尔透镜的透光率从94.3%提高到99.8%。通过在上述带有减反增透涂层的菲涅尔透镜的表面再旋涂含有介孔SiO2球形纳米粒子的悬浮液，得到超亲水自清洁的减反增透涂层。由于介孔SiO2球形纳米粒子层具有很大的粗糙度，使介孔SiO2球形纳米粒子层的表面达到了超亲水性能，水在带有介孔SiO2球形纳米粒子层的菲涅尔透镜表面的接触角能在0.5秒内达到5度以下，水滴滴在上面可以很快铺展，很容易冲走污染物而不留下任何痕迹，从而实现自清洁。由于介孔SiO2球形纳米粒子和实心SiO2球形纳米粒子的共同作用，使带有该超亲水自清洁的减反增透涂层的菲涅尔透镜的透光率从94.3%提高到98.5%。本发明中的这种涂层具有制备工艺简单、成本低、效果明显、适用范围广等技术优势。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，其中附图中的(SSN)为粒径10～30nm的实心SiO2球形纳米粒子，(MSN)为粒径30～100nm的介孔SiO2球形纳米粒子，括号外的下标为涂层的层数。
附图说明
图1.旋涂有不同(SSN)n涂层的菲涅尔透镜的透光率，其中下标n为涂层的层数(0～6)；图中的数字0、1、2、3、4、5、6分别对应没有涂层的菲涅尔透镜、实施例1(1层SSN，即(SSN)1)、实施例2(2层SSN，即(SSN)2)、实施例3(3层SSN，即(SSN)3)、实施例4(4层SSN，即(SSN)4)、实施例5(5层SSN，即(SSN)5)、实施例6(6层SSN，即(SSN)6)的样品的透光率。
图2.旋涂有不同(SSN)1/(MSN)n涂层的菲涅尔透镜的透光率，其中下标1为SSN的层数，下标n为介孔SiO2球形纳米粒子(MSN)的层数(0～4)；图中的数字0、1、2、3、4分别对应实施例1(无介孔SiO2球形纳米粒子的层)、实施例7(1层介孔SiO2球形纳米粒子)、实施例8(2层介孔SiO2球形纳米粒子)、实施例9(3层介孔SiO2球形纳米粒子)、实施例10的样品的透光率(4层介孔SiO2球形纳米粒子)。
图3.本发明实施例1的沉积有(SSN)1涂层的菲涅尔透镜的光面(a)和纹面(b)的扫描电镜图片，括号外的下标为涂层的层数。
图4.本发明实施例8的沉积有(SSN)1/(MSN)2涂层的菲涅尔透镜的光面(a)和纹面(b)的扫描电镜图片，括号外的下标为涂层的层数。
图5.本发明实施例1的沉积有(SSN)1涂层的菲涅尔透镜的光面的原子力显微镜图片，括号外的下标为涂层的层数。
图6.本发明实施例8的沉积有(SSN)1/(MSN)2涂层的菲涅尔透镜的光面的原子力显微镜图片，括号外的下标为涂层的层数。
图7.本发明实施例8的沉积有(SSN)1/(MSN)2涂层的菲涅尔透镜(a)和没有涂层的菲涅尔透镜(b)的防雾性能对比，括号外的下标为涂层的层数。
图8.本发明实施例8的沉积有(SSN)1/(MSN)2涂层的菲涅尔透镜(a)和没有涂层的菲涅尔透镜(b)的光面与水的接触角的对比照片，括号外的下标为涂层的层数。
具体实施方式
实施例1
菲涅尔透镜表面的减反增透涂层：是在菲涅尔透镜的纹面和光面，各旋涂1层粒径为10～30nm的实心SiO2球形纳米粒子制备得到，其制备方法包括以下步骤：
(1)将3～6mL氨水和50～150mL无水乙醇加入到锥形瓶中常温搅拌8～12分钟，在50～70摄氏度搅拌20～30分钟，在搅拌下滴加2～4mL正硅酸乙酯(TEOS)，在50～70摄氏度剧烈搅拌10～14小时，得到半透明的悬浮液，得到含有粒径为10～30nm的实心SiO2球形纳米粒子的乙醇悬浮液，并配制成质量浓度为0.1%～1.5%的含有粒径为10～30nm的实心SiO2球形纳米粒子的乙醇悬浮液备用；
(2)将菲涅尔透镜在水中超声清洗10～20分钟，用氮气吹干，然后用氧等离子体处理5～10分钟备用；
(3)将步骤(2)制备得到的菲涅尔透镜固定在旋涂仪上，纹面朝上，在将步骤(1)制备得到的质量浓度为0.1%～1.5%的含有粒径为10～30nm的实心SiO2球形纳米粒子的乙醇悬浮液滴加到菲涅尔透镜的纹面后，用500～1000r/min的转速旋转10～20秒，再用1000～4000r/min的转速旋转30～60秒；
(4)将步骤(3)制备得到的菲涅尔透镜自然晾干后，光面朝上固定在旋涂仪上，将步骤(1)制备得到的质量浓度为0.1%～1.5%的含有粒径为10～30nm的实心SiO2球形纳米粒子的乙醇悬浮液滴加到菲涅尔透镜的光面后，重复步骤(3)中的旋涂步骤；
(5)将步骤(4)制备得到的菲涅尔透镜自然晾干，在菲涅尔透镜的表面得到由1层粒径为10～30nm的实心SiO2球形纳米粒子层构成的表面具有粗糙结构的减反增透涂层。所述的减反增透涂层的透光率如图1中的线1所示及图2中的线0所示，表面形貌如图3和图5所示。
实施例2
菲涅尔透镜表面的减反增透涂层：是在菲涅尔透镜的纹面和光面，各旋涂2层粒径为10～30nm的实心SiO2球形纳米粒子制备得到，其制备方法包括以下步骤：
(1)质量浓度为0.1%～1.5%的含有粒径为10～30nm的实心SiO2球形纳米粒子的乙醇悬浮液同实施例1；
(2)将菲涅尔透镜在水中超声清洗10～20分钟，用氮气吹干，然后用氧等离子体处理5～10分钟备用；
(3)将步骤(2)制备得到的菲涅尔透镜固定在旋涂仪上，纹面朝上，在将步骤(1)制备得到的质量浓度为0.1%～1.5%的含有粒径为10～30nm的实心SiO2球形纳米粒子的乙醇悬浮液滴加到菲涅尔透镜的纹面后，用500～1000r/min的转速旋转10～20秒，再用1000～4000r/min的转速旋转30～60秒；
(4)将步骤(3)制备得到的菲涅尔透镜自然晾干后，光面朝上固定在旋涂仪上，将步骤(1)制备得到的质量浓度为0.1%～1.5%的含有粒径为10～30nm的实心SiO2球形纳米粒子的乙醇悬浮液滴加到菲涅尔透镜的光面后，重复步骤(3)中的旋涂步骤；
(5)将步骤(4)制备得到的菲涅尔透镜自然晾干，重复步骤(3)及步骤(4)；
(6)将步骤(5)制备得到的菲涅尔透镜自然晾干，在菲涅尔透镜的表面得到由2层粒径为10～30nm的实心SiO2球形纳米粒子层构成的表面具有粗糙结构的减反增透涂层。所述的减反增透涂层的透光率如图1中的线2所示。
实施例3
菲涅尔透镜表面的减反增透涂层：是在菲涅尔透镜的纹面和光面，各旋涂3层粒径为10～30nm的实心SiO2球形纳米粒子制备得到，其制备方法包括以下步骤：
(1)质量浓度为0.1%～1.5%的含有粒径为10～30nm的实心SiO2球形纳米粒子的乙醇悬浮液同实施例1；
(2)将菲涅尔透镜在水中超声清洗10～20分钟，用氮气吹干，然后用氧等离子体处理5～10分钟备用；
(3)将步骤(2)制备得到的菲涅尔透镜固定在旋涂仪上，纹面朝上，在将步骤(1)制备得到的质量浓度为0.1%～1.5%的含有粒径为10～30nm的实心SiO2球形纳米粒子的乙醇悬浮液滴加到菲涅尔透镜的纹面后，用500～1000r/min的转速旋转10～20秒，再用1000～4000r/min的转速旋转30～60秒；
(4)将步骤(3)制备得到的菲涅尔透镜自然晾干后，光面朝上固定在旋涂仪上，将步骤(1)制备得到的质量浓度为0.1%～1.5%的含有粒径为10～30nm的实心SiO2球形纳米粒子的乙醇悬浮液滴加到菲涅尔透镜的光面后，重复步骤(3)中的旋涂步骤；
(5)将步骤(4)制备得到的菲涅尔透镜自然晾干，重复步骤(3)及步骤(4)各2次；
(6)将步骤(5)制备得到的菲涅尔透镜自然晾干，在菲涅尔透镜的表面得到由3层粒径为10～30nm的实心SiO2球形纳米粒子层构成的表面具有粗糙结构的减反增透涂层。所述的减反增透涂层的透光率如图1中的线3所示。
实施例4
菲涅尔透镜表面的减反增透涂层：是在菲涅尔透镜的纹面和光面，各旋涂4层粒径为10～30nm的实心SiO2球形纳米粒子制备得到，其制备方法包括以下步骤：
(1)质量浓度为0.1%～1.5%的含有粒径为10～30nm的实心SiO2球形纳米粒子的乙醇悬浮液同实施例1；
(2)将菲涅尔透镜在水中超声清洗10～20分钟，用氮气吹干，然后用氧等离子体处理5～10分钟备用；
(3)将步骤(2)制备得到的菲涅尔透镜固定在旋涂仪上，纹面朝上，在将步骤(1)制备得到的质量浓度为0.1%～1.5%的含有粒径为10～30nm的实心SiO2球形纳米粒子的乙醇悬浮液滴加到菲涅尔透镜的纹面后，用500～1000r/min的转速旋转10～20秒，再用1000～4000r/min的转速旋转30～60秒；
(4)将步骤(3)制备得到的菲涅尔透镜自然晾干后，光面朝上固定在旋涂仪上，将步骤(1)制备得到的质量浓度为0.1%～1.5%的含有粒径为10～30nm的实心SiO2球形纳米粒子的乙醇悬浮液滴加到菲涅尔透镜的光面后，重复步骤(3)中的旋涂步骤；
(5)将步骤(4)制备得到的菲涅尔透镜自然晾干，重复步骤(3)及步骤(4)各3次；
(6)将步骤(5)制备得到的菲涅尔透镜自然晾干，在菲涅尔透镜的表面得到由4层粒径为10～30nm的实心SiO2球形纳米粒子层构成的表面具有粗糙结构的减反增透涂层。所述的减反增透涂层的透光率如图1中的线4所示。
实施例5
菲涅尔透镜表面的减反增透涂层：是在菲涅尔透镜的纹面和光面，各旋涂5层粒径为10～30nm的实心SiO2球形纳米粒子制备得到，其制备方法包括以下步骤：
(1)质量浓度为0.1%～1.5%的含有粒径为10～30nm的实心SiO2球形纳米粒子的乙醇悬浮液同实施例1；
(2)将菲涅尔透镜在水中超声清洗10～20分钟，用氮气吹干，然后用氧等离子体处理5～10分钟备用；
(3)将步骤(2)制备得到的菲涅尔透镜固定在旋涂仪上，纹面朝上，在将步骤(1)制备得到的质量浓度为0.1%～1.5%的含有粒径为10～30nm的实心SiO2球形纳米粒子的乙醇悬浮液滴加到菲涅尔透镜的纹面后，用500～1000r/min的转速旋转10～20秒，再用1000～4000r/min的转速旋转30～60秒；
(4)将步骤(3)制备得到的菲涅尔透镜自然晾干后，光面朝上固定在旋涂仪上，将步骤(1)制备得到的质量浓度为0.1%～1.5%的含有粒径为10～30nm的实心SiO2球形纳米粒子的乙醇悬浮液滴加到菲涅尔透镜的光面后，重复步骤(3)中的旋涂步骤；
(5)将步骤(4)制备得到的菲涅尔透镜自然晾干，重复步骤(3)及步骤(4)各4次；
(6)将步骤(5)制备得到的菲涅尔透镜自然晾干，在菲涅尔透镜的表面得到由5层粒径为10～30nm的实心SiO2球形纳米粒子层构成的表面具有粗糙结构的减反增透涂层。所述的减反增透涂层的透光率如图1中的线5所示。
实施例6
菲涅尔透镜表面的减反增透涂层：是在菲涅尔透镜的纹面和光面，各旋涂6层粒径为10～30nm的实心SiO2球形纳米粒子制备得到，其制备方法包括以下步骤：
(1)质量浓度为0.1%～1.5%的含有粒径为10～30nm的实心SiO2球形纳米粒子的乙醇悬浮液同实施例1；
(2)将菲涅尔透镜在水中超声清洗10～20分钟，用氮气吹干，然后用氧等离子体处理5～10分钟备用；
(3)将步骤(2)制备得到的菲涅尔透镜固定在旋涂仪上，纹面朝上，在将步骤(1)制备得到的质量浓度为0.1%～1.5%的含有粒径为10～30nm的实心SiO2球形纳米粒子的乙醇悬浮液滴加到菲涅尔透镜的纹面后，用500～1000r/min的转速旋转10～20秒，再用1000～4000r/min的转速旋转30～60秒；
(4)将步骤(3)制备得到的菲涅尔透镜自然晾干后，光面朝上固定在旋涂仪上，将步骤(1)制备得到的质量浓度为0.1%～1.5%的含有粒径为10～30nm的实心SiO2球形纳米粒子的乙醇悬浮液滴加到菲涅尔透镜的光面后，重复步骤(3)中的旋涂步骤；
(5)将步骤(4)制备得到的菲涅尔透镜自然晾干，重复步骤(3)及步骤(4)各5次；
(6)将步骤(5)制备得到的菲涅尔透镜自然晾干，在菲涅尔透镜的表面得到由6层粒径为10～30nm的实心SiO2球形纳米粒子层构成的表面具有粗糙结构的减反增透涂层。所述的减反增透涂层的透光率如图1中的线6所示。
实施例7
菲涅尔透镜表面的亲水自清洁的减反增透涂层：是在菲涅尔透镜的纹面和光面，各旋涂1层粒径为10～30nm的实心SiO2球形纳米粒子和1层粒径为30～100nm的介孔SiO2球形纳米粒子制备得到，其制备方法包括以下步骤：
(1)质量浓度为0.1%～1.5%的含有粒径为10～30nm的实心SiO2球形纳米粒子的乙醇悬浮液同实施例1；
(2)将60～80mL水、10～15mL无水乙醇、9～13mL质量分数为10～30%的十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)溶液和1～3mL二乙醇胺(DEA)，在30～60℃水浴中混合搅拌30～40分钟，在搅拌下，将5～10mL TEOS和5～10mL 3-巯基丙基三甲氧基硅烷(MPTS)，在2分钟内逐滴缓慢均匀加入，溶液将逐渐变白，继续搅拌，保温2～4小时，冷却至常温后离心分离，水洗，然后用盐酸与无水乙醇的混合液(盐酸和无水乙醇按体积比1:8配制而成)在温度为30～60℃萃取2～4小时，用水清洗，重复萃取3次，最后用无水乙醇清洗，得到粒径为30～100nm的介孔SiO2球形纳米粒子，并配制成质量浓度为0.1%～1.5%的含有粒径为30～100nm的介孔SiO2球形纳米粒子的乙醇悬浮液备用；
(3)将菲涅尔透镜在水中超声清洗10～20分钟，用氮气吹干，然后用氧等离子体处理5～10分钟备用；
(4)将步骤(3)制备得到的菲涅尔透镜固定在旋涂仪上，纹面朝上，在将步骤(1)制备得到的质量浓度为0.1%～1.5%的含有粒径为10～30nm的实心SiO2球形纳米粒子的乙醇悬浮液滴加到菲涅尔透镜的纹面后，用500～1000r/min的转速旋转10～20秒，再用1000～4000r/min的转速旋转30～60秒；
(5)将步骤(4)制备得到的菲涅尔透镜自然晾干后，光面朝上固定在旋涂仪上，将步骤(1)制备得到的质量浓度为0.1%～1.5%的含有粒径为10～30nm的实心SiO2球形纳米粒子的乙醇悬浮液滴加到菲涅尔透镜的光面后，重复步骤(4)中的旋涂步骤；
(6)将步骤(5)制备得到的菲涅尔透镜自然晾干后，纹面朝上固定在旋涂仪上，在将步骤(1)制备得到的质量浓度为0.1%～1.5%的含有粒径为30～100nm的介孔SiO2球形纳米粒子的乙醇悬浮液滴加到菲涅尔透镜的纹面后，用500～1000r/min的转速旋转10～20秒，再用1000～4000r/min的转速旋转30～60秒；
(7)将步骤(6)制备得到的菲涅尔透镜自然晾干后，光面朝上固定在旋涂仪上，将步骤(1)制备得到的质量浓度为0.1%～1.5%的含有粒径为30～100nm的介孔SiO2球形纳米粒子的乙醇悬浮液滴加到菲涅尔透镜的光面后，重复步骤(6)中的旋涂步骤；
(8)将步骤(7)制备得到的菲涅尔透镜自然晾干，在菲涅尔透镜的表面得到由1层粒径为10～30nm的实心SiO2球形纳米粒子和1层粒径为30～100nm的介孔SiO2球形纳米粒子构成的表面具有粗糙结构的亲水自清洁的减反增透涂层。所述的亲水自清洁的减反增透涂层的透光率如图2中的线1所示。
实施例8
菲涅尔透镜表面的超亲水自清洁的减反增透涂层：是在菲涅尔透镜的纹面和光面，各旋涂1层粒径为10～30nm的实心SiO2球形纳米粒子和2层粒径为30～100nm的介孔SiO2球形纳米粒子制备得到，其制备方法包括以下步骤：
(1)质量浓度为0.1%～1.5%的含有粒径为10～30nm的实心SiO2球形纳米粒子的乙醇悬浮液，及质量浓度为0.1%～1.5%的含有粒径为30～100nm的介孔SiO2球形纳米粒子的乙醇悬浮液均同实施例7；
(2)将菲涅尔透镜在水中超声清洗10～20分钟，用氮气吹干，然后用氧等离子体处理5～10分钟备用；
(3)将步骤(2)制备得到的菲涅尔透镜固定在旋涂仪上，纹面朝上，在将步骤(1)制备得到的质量浓度为0.1%～1.5%的含有粒径为10～30nm的实心SiO2球形纳米粒子的乙醇悬浮液滴加到菲涅尔透镜的纹面后，用500～1000r/min的转速旋转10～20秒，再用1000～4000r/min的转速旋转30～60秒；
(4)将步骤(3)制备得到的菲涅尔透镜自然晾干后，光面朝上固定在旋涂仪上，将步骤(1)制备得到的质量浓度为0.1%～1.5%的含有粒径为10～30nm的实心SiO2球形纳米粒子的乙醇悬浮液滴加到菲涅尔透镜的光面后，重复步骤(3)中的旋涂步骤；
(5)将步骤(4)制备得到的菲涅尔透镜自然晾干后，纹面朝上固定在旋涂仪上，在将步骤(1)制备得到的质量浓度为0.1%～1.5%的含有粒径为30～100nm的介孔SiO2球形纳米粒子的乙醇悬浮液滴加到菲涅尔透镜的纹面后，用500～1000r/min的转速旋转10～20秒，再用1000～4000r/min的转速旋转30～60秒；
(6)将步骤(5)制备得到的菲涅尔透镜自然晾干后，光面朝上固定在旋涂仪上，将步骤(1)制备得到的质量浓度为0.1%～1.5%的含有粒径为30～100nm的介孔SiO2球形纳米粒子的乙醇悬浮液滴加到菲涅尔透镜的光面后，重复步骤(5)中的旋涂步骤；
(7)将步骤(6)制备得到的菲涅尔透镜自然晾干，重复步骤(5)及步骤(6)；
(8)将步骤(7)制备得到的菲涅尔透镜自然晾干，在菲涅尔透镜的表面得到由1层粒径为10～30nm的实心SiO2球形纳米粒子和2层粒径为30～100nm的介孔SiO2球形纳米粒子构成的表面具有粗糙结构的超亲水自清洁的减反增透涂层(水在带有介孔SiO2球形纳米粒子层的菲涅尔透镜表面的接触角能在0.5秒内达到5度以下)。所述的超亲水自清洁的减反增透涂层的透光率如图2中的线2所示，表面形貌如图4和图6所示，其防雾性能如图7中的a所示，其与水接触角如图8中的a所示。
实施例9
菲涅尔透镜表面的超亲水自清洁的减反增透涂层：是在菲涅尔透镜的纹面和光面，各旋涂1层粒径为10～30nm的实心SiO2球形纳米粒子和3层粒径为30～100nm的介孔SiO2球形纳米粒子制备得到，其制备方法包括以下步骤：
(1)质量浓度为0.1%～1.5%的含有粒径为10～30nm的实心SiO2球形纳米粒子的乙醇悬浮液，及质量浓度为0.1%～1.5%的含有粒径为30～100nm的介孔SiO2球形纳米粒子的乙醇悬浮液均同实施例7；
(2)将菲涅尔透镜在水中超声清洗10～20分钟，用氮气吹干，然后用氧等离子体处理5～10分钟备用；
(3)将步骤(2)制备得到的菲涅尔透镜固定在旋涂仪上，纹面朝上，在将步骤(1)制备得到的质量浓度为0.1%～1.5%的含有粒径为10～30nm的实心SiO2球形纳米粒子的乙醇悬浮液滴加到菲涅尔透镜的纹面后，用500～1000r/min的转速旋转10～20秒，再用1000～4000r/min的转速旋转30～60秒；
(4)将步骤(3)制备得到的菲涅尔透镜自然晾干后，光面朝上固定在旋涂仪上，将步骤(1)制备得到的质量浓度为0.1%～1.5%的含有粒径为10～30nm的实心SiO2球形纳米粒子的乙醇悬浮液滴加到菲涅尔透镜的光面后，重复步骤(3)中的旋涂步骤；
(5)将步骤(4)制备得到的菲涅尔透镜自然晾干后，纹面朝上固定在旋涂仪上，在将步骤(1)制备得到的质量浓度为0.1%～1.5%的含有粒径为30～100nm的介孔SiO2球形纳米粒子的乙醇悬浮液滴加到菲涅尔透镜的纹面后，用500～1000r/min的转速旋转10～20秒，再用1000～4000r/min的转速旋转30～60秒；
(6)将步骤(5)制备得到的菲涅尔透镜自然晾干后，光面朝上固定在旋涂仪上，将步骤(1)制备得到的质量浓度为0.1%～1.5%的含有粒径为30～100nm的介孔SiO2球形纳米粒子的乙醇悬浮液滴加到菲涅尔透镜的光面后，重复步骤(5)中的旋涂步骤；
(7)将步骤(6)制备得到的菲涅尔透镜自然晾干，重复步骤(5)及步骤(6)各2次；
(8)将步骤(7)制备得到的菲涅尔透镜自然晾干，在菲涅尔透镜的表面得到由1层粒径为10～30nm的实心SiO2球形纳米粒子和3层粒径为30～100nm的介孔SiO2球形纳米粒子构成的表面具有粗糙结构的超亲水自清洁的减反增透涂层(水在带有介孔SiO2球形纳米粒子层的菲涅尔透镜表面的接触角能在0.5秒内达到5度以下)。所述的超亲水自清洁的减反增透涂层的透光率如图2中的线3所示。
实施例10
菲涅尔透镜表面的超亲水自清洁的减反增透涂层：是在菲涅尔透镜的纹面和光面，各旋涂1层粒径为10～30nm的实心SiO2球形纳米粒子和4层粒径为30～100nm的介孔SiO2球形纳米粒子制备得到，其制备方法包括以下步骤：
(1)质量浓度为0.1%～1.5%的含有粒径为10～30nm的实心SiO2球形纳米粒子的乙醇悬浮液，及质量浓度为0.1%～1.5%的含有粒径为30～100nm的介孔SiO2球形纳米粒子的乙醇悬浮液均同实施例7；
(2)将菲涅尔透镜在水中超声清洗10～20分钟，用氮气吹干，然后用氧等离子体处理5～10分钟备用；
(3)将步骤(2)制备得到的菲涅尔透镜固定在旋涂仪上，纹面朝上，在将步骤(1)制备得到的质量浓度为0.1%～1.5%的含有粒径为10～30nm的实心SiO2球形纳米粒子的乙醇悬浮液滴加到菲涅尔透镜的纹面后，用500～1000r/min的转速旋转10～20秒，再用1000～4000r/min的转速旋转30～60秒；
(4)将步骤(3)制备得到的菲涅尔透镜自然晾干后，光面朝上固定在旋涂仪上，将步骤(1)制备得到的质量浓度为0.1%～1.5%的含有粒径为10～30nm的实心SiO2球形纳米粒子的乙醇悬浮液滴加到菲涅尔透镜的光面后，重复步骤(3)中的旋涂步骤；
(5)将步骤(4)制备得到的菲涅尔透镜自然晾干后，纹面朝上固定在旋涂仪上，在将步骤(1)制备得到的质量浓度为0.1%～1.5%的含有粒径为30～100nm的介孔SiO2球形纳米粒子的乙醇悬浮液滴加到菲涅尔透镜的纹面后，用500～1000r/min的转速旋转10～20秒，再用1000～4000r/min的转速旋转30～60秒；
(6)将步骤(5)制备得到的菲涅尔透镜自然晾干后，光面朝上固定在旋涂仪上，将步骤(1)制备得到的质量浓度为0.1%～1.5%的含有粒径为30～100nm的介孔SiO2球形纳米粒子的乙醇悬浮液滴加到菲涅尔透镜的光面后，重复步骤(5)中的旋涂步骤；
(7)将步骤(6)制备得到的菲涅尔透镜自然晾干，重复步骤(5)及步骤(6)各3次；
(8)将步骤(7)制备得到的菲涅尔透镜自然晾干，在菲涅尔透镜的表面得到由1层粒径为10～30nm的实心SiO2球形纳米粒子和4层粒径为30～100nm的介孔SiO2球形纳米粒子构成的表面具有粗糙结构的超亲水自清洁的减反增透涂层(水在带有介孔SiO2球形纳米粒子层的菲涅尔透镜表面的接触角能在0.5秒内达到5度以下)。所述的超亲水自清洁的减反增透涂层的透光率如图2中的线4所示。
Claims (7)
1.一种菲涅尔透镜表面的减反增透涂层的制备方法，其特征是，所述的制备方法包括以下步骤：
(1)将菲涅尔透镜在水中超声清洗，用惰性气体吹干，然后用氧等离子体进行处理；
(2)配制含有粒径为10～100nm的实心SiO2球形纳米粒子的乙醇悬浮液，使用旋涂仪将上述悬浮液旋涂在步骤(1)经氧等离子体处理得到的菲涅尔透镜的纹面和光面；
(3)将步骤(2)制备得到的菲涅尔透镜自然晾干，在菲涅尔透镜的表面得到粒径为10～100nm的实心SiO2球形纳米粒子层，并在菲涅尔透镜的表面得到减反增透涂层，该减反增透涂层的表面具有粗糙结构。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：使用旋涂仪，将含有粒径为30～100nm的介孔SiO2球形纳米粒子的乙醇悬浮液旋涂在带有所述的减反增透涂层的菲涅尔透镜的纹面和光面；自然晾干，在所述的减反增透涂层的表面得到粒径为30～100nm的介孔SiO2球形纳米粒子层，并在菲涅尔透镜的表面得到超亲水自清洁的减反增透涂层，该超亲水自清洁的减反增透涂层的表面具有粗糙结构。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：所述的用氧等离子体进行处理的时间为5～10分钟。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：所述的旋涂的方法为：在将含有粒径为10～100nm的实心SiO2球形纳米粒子的乙醇悬浮液滴加到菲涅尔透镜的纹面和光面后，用500～1000r/min的转速旋转10～20秒，再用1000～4000r/min的转速旋转30～60秒。
5.根据权利要求1或4所述的制备方法，其特征是：所述的含有粒径为10～100nm的实心SiO2球形纳米粒子的乙醇悬浮液的质量浓度为0.1％～1.5％。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征是：所述的旋涂的方法为：在将含有粒径为30～100nm的介孔SiO2球形纳米粒子的乙醇悬浮液滴加到带有所述的减反增透涂层的菲涅尔透镜的纹面和光面后，用500～1000r/min的转速旋转10～20秒，再用1000～4000r/min的转速旋转30～60秒。
7.根据权利要求2或6所述的制备方法，其特征是：所述的含有粒径为30～100nm的介孔SiO2球形纳米粒子的乙醇悬浮液的质量浓度为0.1％～1.5％。
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