CN104711551A - 双层低折射率减反射膜的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双层低折射率减反射膜的制备方法，其制备方法的步骤如下：⑴酸性催化的SiO2溶胶的制备；⑵TiO2溶胶的制备；⑶玻璃基片的准备清洗；⑷薄膜的制备。本发明利用溶胶-凝胶酸催化法和浸渍提拉法制备一层与玻璃基材结合牢固的SiO2低折射率减反膜,再在减反膜表面镀一层适当厚度的TiO2薄膜。这种兼有耐磨和自洁性能的SiO2/TiO2双层减反膜,在太阳能领域具有重要的实用价值。

Description

双层低折射率减反射膜的制备方法

技术领域

本发明属于减反射膜领域，尤其是一种双层低折射率减反射膜的制备方法。

背景技术

目前减反膜的制备方法主要有真空蒸镀磁、控溅射法、溶胶凝胶法及化学气相沉积等。溶胶-凝胶法(sol-gel)自80年代以来,就用来制备多种薄膜,在减反膜的制备上也得到了广泛应用。它的主要优点是原始材料是分子级的材料,纯度较高,组成成分较好控制，反应温度低，具有流变特性，可控制孔隙度，容易制备各种形状；工艺较简单,能同时进行双面镀膜；对于大面积基底的镀膜来说,成本较低。因此国内外近年来都致力于采用溶胶-凝胶法进行减反膜的镀制，特别是SiO2溶胶-凝胶减反膜结构可控、折射率可调、材料易于获取而被广泛应用。溶胶的制备和涂膜方法的选择决定了薄膜的质量。纳米SiO2薄膜具有低折射率、低价电性、化学稳定性和耐酸碱腐蚀等优良性能，且溶胶制备简单,因此广泛应用于多层膜和单层膜的制备中，是目前研究最多、应用最广的减反膜。但是，由传统方法制备的纳米多孔SiO2薄膜孔隙率大、表面能高，容易吸附周围环境中的悬浮物，使用一段时间后，透光率明显下降，并且具有机械强度差、使用寿命短等缺陷,从而大大限制了它的实际应用。近年来，国内外已经报道了一些改善SiO2薄膜机械强度，提高薄膜使用寿命的方法，沈军等用膜系设计软件设计了λ/4～λ/2的W型双层SiO2减反射薄膜，优化了薄膜的光学常量,提高了薄膜的机械强度，但该方法制得的减反膜不具有自洁功能，不适合野外环境的应用。杨辉等将锐钛矿晶型TiO2溶胶粒子与SiO2溶胶混在一起镀膜，用该方法制得的薄膜虽然有自洁功能,但光学透过率较差，不具有很好的减反性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种双层低折射率减反射膜的制备方法，该制备方法简单易行，透光率高、具有良好的耐磨性以及自洁性。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种双层低折射率减反射膜的制备方法，其制备方法的步骤如下：

⑴、将无水乙醇、PH=1的盐酸标准溶液、去离子水、正硅酸乙酯按摩尔比配比,混合搅拌均匀后,在稳定环境下静置陈化5-7天后,制得酸性催化条件下的SiO2溶胶；

⑵、将溶剂无水乙醇、反应物去离子水、催化剂醋酸、前驱体钛酸丁酯按摩尔比依次加入到烧杯中，密封磁力搅拌4h后混合均匀，于室温下静置老化5～7天后备用。用无水乙醇对上述TiO2溶胶按不同比例进行稀释，通过改变TiO2溶胶体的浓度，来调节TiO2薄膜覆盖在SiO2膜上的厚度；

⑶、将超白玻璃基片放入洗液中充分洗涤后，再分别用无水乙醇和去离子水经超声波充分洗涤，用氮气吹干，放入烘箱中烘干后，置于干燥器中备用；

⑷、在相对湿度环境<50％的清洁环境下,采用CHEMATDIPMASTER200浸渍提拉法在洁净的玻璃基片上先镀一层酸催化SiO2膜,于80℃烘箱中烘30min后再镀一层TiO2薄膜,提拉速度依据所需厚度在6～12inch/min间调节,最后将制备好的样品经过200℃热处理1小时后得到双层低折射率减反射膜成品。

本发明的优点和有益效果为：

本发明利用溶胶-凝胶酸催化法和浸渍提拉法制备一层与玻璃基材结合牢固的SiO2低折射率减反膜,再在减反膜表面镀一层适当厚度的TiO2薄膜。这种兼有耐磨和自洁性能的SiO2/TiO2双层减反膜,在太阳能领域具有重要的实用价值。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种双层低折射率减反射膜的制备方法，其制备方法的步骤如下：

⑴、将无水乙醇、PH=1的盐酸标准溶液、去离子水、正硅酸乙酯按摩尔比配比,混合搅拌均匀后,在稳定环境下静置陈化5-7天后,制得酸性催化条件下的SiO2溶胶；

⑵、将溶剂无水乙醇、反应物去离子水、催化剂醋酸、前驱体钛酸丁酯按摩尔比依次加入到烧杯中，密封磁力搅拌4h后混合均匀，于室温下静置老化5～7天后备用。用无水乙醇对上述TiO2溶胶按不同比例进行稀释，通过改变TiO2溶胶体的浓度，来调节TiO2薄膜覆盖在SiO2膜上的厚度；

⑶、将超白玻璃基片放入洗液中充分洗涤后，再分别用无水乙醇和去离子水经超声波充分洗涤，用氮气吹干，放入烘箱中烘干后，置于干燥器中备用；

⑷、在相对湿度环境<50％的清洁环境下,采用CHEMATDIPMASTER200浸渍提拉法在洁净的玻璃基片上先镀一层酸催化SiO2膜,于80℃烘箱中烘30min后再镀一层TiO2薄膜,提拉速度依据所需厚度在6～12inch/min间调节,最后将制备好的样品经过200℃热处理1小时后得到双层低折射率减反射膜成品。

本发明中TiO2作为一种重要的半导体材料在气体传感器、太阳能电池、光催化剂等许多方面得到了广泛应用，它的自洁功能还被应用到不同类型的表面上，诸如商用的瓷砖、玻璃、塑料等材料。TiO2薄膜的自洁功能来源于两个方面：光催化和光致超亲水性，吸附在TiO2薄膜的表面有机污染物可以在太阳光照射下被降解，由于TiO2薄膜的光致超亲水性，污染物和灰尘可以被雨水冲洗掉。但由TiO2薄膜折射率一般在2.2～2.7，即使调整镀膜条件，也很难将TiO2折射率降低到1.7以下，远高于SiO2薄膜1.3左右的折射率，从而会严重降低玻璃表面光线的透过率，因此，控制TiO2薄膜的厚度，调整薄膜的折射率，在玻璃表面制备具有较高可见光透过率,同时又兼有耐磨和自洁性能的SiO2/TiO2减反膜，在太阳能领域具有重要的实用价值。根据薄膜光学原理，考虑到W型膜系更加优越的宽带减反射性能，选用了λ/4-λ/2的W型膜系。以酸性催化的SiO2(n=1.416，在632.8nm处)为低折射率材料，TiO2(n=1.95，在632．8nm处)为高折射率材料。引入堆积密度的概念模拟了溶胶-凝胶法制备的SiO2、TiO2薄膜的折射率．设定SiO2薄膜、TiO2薄膜的厚度d1、d2。初值分别为89.75nm、124.12nm(n1d1=λ/4，n2d2=λ/2，中心波长选用510nm，nl，n2分别为SiO2、TiO2。对510nm波长的折射率)，使用膜系设计软件对膜系进行拟合优化．最后得到优化结果为：93.55nm，125.45nm。

本发明需要说明是：

1)采用溶胶-凝胶酸催化以及浸渍提拉法制备的用于太阳能电池表面封装玻璃的SiO2/TiO2双层减反膜，减反膜反射率峰值低于0.1％，在400～800nm波长范围内的平均透射率增加了6％以上。具备了实际使用的减反性能，且随着外层TiO2厚度的增加，折射率不断提高，其双层减反膜的透光率逐渐变小。

2)表面增镀TiO2的SiO2/TiO2双层减反膜有明显的光催化效应，光催化降解2h后可将5mg/L的甲基橙溶液降解43.6%，可以通过光催化降解效应实现SiO2/TiO2双层减反膜的自洁功能。

3)表面增镀TiO2的SiO2/TiO2双层减反膜表面平整，性能稳定，粗糙度小且结构致密，经过上百次的擦拭后透光率变化很小，具有良好的耐磨擦性能，薄膜的机械性能非常优异，具有很好的应用潜力。

Claims (1)

1.一种双层低折射率减反射膜的制备方法，其特征在于：该制备方法的步骤如下：

⑴、将无水乙醇、PH=1的盐酸标准溶液、去离子水、正硅酸乙酯按摩尔比配比,混合搅拌均匀后,在稳定环境下静置陈化5-7天后,制得酸性催化条件下的SiO2溶胶；

⑵、将溶剂无水乙醇、反应物去离子水、催化剂醋酸、前驱体钛酸丁酯按摩尔比依次加入到烧杯中，密封磁力搅拌4h后混合均匀，于室温下静置老化5～7天后备用。用无水乙醇对上述TiO2溶胶按不同比例进行稀释，通过改变TiO2溶胶体的浓度，来调节TiO2薄膜覆盖在SiO2膜上的厚度；

⑶、将超白玻璃基片放入洗液中充分洗涤后，再分别用无水乙醇和去离子水经超声波充分洗涤，用氮气吹干，放入烘箱中烘干后，置于干燥器中备用；

⑷、在相对湿度环境<50％的清洁环境下,采用CHEMATDIPMASTER200浸渍提拉法在洁净的玻璃基片上先镀一层酸催化SiO2膜,于80℃烘箱中烘30min后再镀一层TiO2薄膜,提拉速度依据所需厚度在6～12inch/min间调节,最后将制备好的样品经过200℃热处理1小时后得到双层低折射率减反射膜成品。