CN105776883A - 一种二氧化硅颗粒成膜制备减反射膜的方法 - Google Patents
一种二氧化硅颗粒成膜制备减反射膜的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种二氧化硅颗粒成膜制备减反射膜的方法，该减反射膜具有多孔结构，孔径大小为5-40nm。其制备方法包括以下步骤：(1)以正硅酸乙酯、去离子水、碱催化剂、无水乙醇为原料制备胶液A；(2)将胶液A陈化后进行回流处理去除碱催化剂；(3)以经回流处理后的胶液A、正硅酸乙酯、去离子水、酸催化剂、无水乙醇为原料制备胶液B；(4)将清洗洁净的玻璃基片从溶胶B中提拉镀膜并进行退火。本发明制备的减反射膜兼具透过率高，硬度、膜层附着力大，耐候性好的特点。本发明制备的减反射膜兼具玻璃基底无需腐蚀前处理、制备成本低、工艺简单、耐候性好、耐刮擦等特点，符合于工业生产和应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种二氧化硅颗粒成膜制备减反射膜的方法，属于溶胶凝胶法镀膜和减反射膜技术领域。
背景技术
溶胶凝胶法镀膜是将多种液体材料经过充分反应后的胶液镀在基体上，它的优点是多种材料混合反应后成分均匀，能保证薄膜的均匀性，可以通过调整原材料的配比来改变薄膜的性能。溶胶凝胶法镀膜还能够调节薄膜的厚度和折射率，从而改变减反射膜的透过率，目前在玻璃基底上使用溶胶凝胶法制备的减反射膜能够将透过率提升2-7％，同时使用溶胶凝胶法提拉减反射膜具有成本低、双面同时镀膜的优点，因此广泛应用于光伏太阳能和光热太阳能行业。
目前使用的减反射膜基本都暴露在大气环境中，需要承受得住日晒雨淋、高低温、高湿度等恶劣自然环境的考验。因此减反射膜必须具有如下特点才可使用：高透过率、硬度大、耐候性能好。目前使用的酸催化溶胶凝胶法制备的减反射膜透过率低，但是通过调节催化剂的成分和比例硬度可以接近于玻璃基底。由于酸催化溶胶凝胶的特点，颗粒表面会伴随有大量极性羟基基团，导致薄膜极易吸收潮湿空气中的水分子和有机物，透过率将会随着时间降低，减反射膜耐候性差，无法在潮湿环境中使用。碱催化溶胶凝胶法制备的减反射膜透过率高，但是膜层附着力差，极易脱落。
发明内容
基于此，本发明的目的在于提供一种二氧化硅颗粒成膜制备减反射膜的方法。采用该方法制备的减反射膜兼具透过率高，硬度、膜层附着力大，耐候性好的特点。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种二氧化硅颗粒成膜制备减反射膜的方法，包括以下步骤：
(1)以正硅酸乙酯、去离子水、碱催化剂、无水乙醇为原料制备胶液A；
(2)将胶液A陈化后进行回流处理去除碱催化剂；
(3)以经回流处理后的胶液A、正硅酸乙酯、去离子水、酸催化剂、无水乙醇为原料制备胶液B；
(4)将清洗洁净的玻璃基片从溶胶B中提拉镀膜并进行退火。
其中，所述步骤(1)为：将去离子水、碱催化剂、无水乙醇进行搅拌反应2h后将正硅酸乙酯加入，搅拌1-24h后得到二氧化硅颗粒胶液A。
其中，所述步骤(2)为80℃下回流1-12h。
其中，所述步骤(3)为：将回流处理后的胶液A、去离子水、酸催化剂、无水乙醇进行搅拌反应2h后将正硅酸乙酯加入，持续搅拌1-24h后得到胶液B。
所述步骤(1)中，正硅酸乙酯、去离子水、碱催化剂、无水乙醇摩尔比为1∶(1-10)∶(0.01-1)∶(10-70)。
所述步骤(3)中，正硅酸乙酯、去离子水、酸催化剂、无水乙醇摩尔比为1∶(1-10)∶(0.01-0.1)∶(10-70)。
所述碱催化剂为氢氧化钾、氢氧化钠和氨水中的一种。所述酸催化剂为醋酸、盐酸和硝酸中的一种。
所述步骤(3)中提拉速度为5-40cm/min，退火温度范围为250℃-600℃，时间为5-60min。
本发明中所使用的玻璃基片为平板玻璃或管状玻璃，其清洗方法分为三步：首先使用去离子水和电子工业清洗剂将玻璃表面清洗至玻璃表面无污物；其次将水洗处理过的玻璃依次置入无水乙醇、丙酮中，超声波清洗各30min。
采用上述方法制备得到的减反射膜具有多孔结构，孔径大小为5-40nm。
本发明的优点在于：
本发明使用前期碱性成胶和后期酸性成胶工艺制备二氧化硅多孔减反射膜胶液，通过两步配胶的工艺，酸催化胶液能够使碱催化胶液中二氧化硅颗粒强力结合在一起。该两步配胶制备的二氧化硅减反射膜具有内部多孔膜结构，孔径可以随着胶液配方在5-40nm范围内可调。所制备的减反射膜玻璃在250-2500nm光谱范围内平均透过率比没有镀膜的原玻璃增加了3～5％，制备的玻璃表面干涉膜的颜色根据薄膜厚度不同可为淡蓝色、淡蓝紫色和淡紫铜色，能够有效提高太阳能集热器、光伏组件等的太阳光透过率，太阳能利用效率可得到显著提高。本发明制备的减反射膜能够在高温高湿等复杂的气候环境下长期使用，耐候性能好。该膜层对于减反射膜层需暴露于外界自然环境下的太阳能光热光电领域具有重要意义。本发明制备的减反射膜产品兼具玻璃基底无需腐蚀前处理、制备成本低、工艺简单、耐候性好、耐刮擦等工业生产和市场使用的特点，适合于工业生产和应用。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面根据附图和实施例对本发明做进一步说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
首先将片状玻璃基片水洗干净后放入无水乙醇和丙酮中进行超声处理各30min，将清洗干净的玻璃基片烘干；
将0.04mol去离子水和0.001mol氢氧化钾水溶液(浓度为0.5mol/L)溶于0.48mol无水乙醇中，形成透明澄清溶液，搅拌2h后将0.04mol正硅酸乙酯加入，持续搅拌4h后陈化5天。陈化5天后将其置于80℃条件下回流2h得到二氧化硅颗粒胶液A；
将回流得到的二氧化硅颗粒胶液A、0.04mol去离子水、0.001mol硝酸、0.48mol无水乙醇混合后在常温下进行搅拌，在2h后加入0.04mol正硅酸乙酯，进一步持续搅拌12h后得到溶胶胶液B；
将清洁后的玻璃基片在胶液B中进行提拉，提拉速率为15/min，提拉完成后置于退火炉中500℃下退火1h。
经过检测，如表1所示，本实施例得到的减反射膜250-2500nm光谱范围内平均透过率达到96％，铅笔硬度大于3H，划格法膜层附着力测试无脱落，孔径约在20nm。
实施例2
首先将片状玻璃基片水洗干净后放入无水乙醇和丙酮中进行超声处理各30min，将清洗干净的玻璃基片烘干；
将0.04mol去离子水和0.001mol氨水溶于0.48mol无水乙醇中，形成透明澄清溶液，搅拌2h后将0.04mol正硅酸乙酯加入，持续搅拌4h后陈化6天。陈化6天后将其置于80℃条件下回流2h得到二氧化硅颗粒胶液A；
将回流得到的二氧化硅颗粒胶液A、0.04mol去离子水、0.001mol醋酸、0.48mol无水乙醇混合后在常温下进行搅拌，在2h后加入0.04mol正硅酸乙酯，进一步持续搅拌4h后得到溶胶胶液B；
将清洁后的玻璃基片在胶液B中进行提拉，提拉速率为15/min，提拉完成后置于退火炉中500℃下退火1h。
经过检测，如表1所示，本实施例得到的减反射膜250-2500nm光谱范围内平均透过率达到96％，铅笔硬度大于3H，划格法膜层附着力测试无脱落，孔径约在5-10nm。
实施例3
首先将片状玻璃基片水洗干净后放入无水乙醇和丙酮中进行超声处理各30min，将清洗干净的玻璃基片烘干；
将0.04mol去离子水和0.001mol氢氧化钠水溶液(浓度为0.5mol/L)溶于0.48mol无水乙醇中，形成透明澄清溶液，搅拌2h后将0.04mol正硅酸乙酯加入，持续搅拌4h后陈化5天。陈化5天后将其置于80℃条件下回流2h得到二氧化硅颗粒胶液A；
将回流得到的二氧化硅颗粒胶液A、0.04mol去离子水、0.001mol盐酸、0.48mol无水乙醇混合后在常温下进行搅拌，在2h后加入0.04mol正硅酸乙酯，进一步持续搅拌4h后得到溶胶胶液B；
将清洁后的玻璃基片在胶液B中进行提拉，提拉速率为25/min，提拉完成后置于退火炉中500℃下退火1h。
经过检测，如表1所示，本实施例得到的减反射膜250-2500nm光谱范围内平均透过率达到96％，铅笔硬度大于3H，划格法膜层附着力测试无脱落，孔径约在25nm。
实施例4
首先将管状玻璃基片水洗干净后放入无水乙醇和丙酮中进行超声处理各30min，将清洗干净的玻璃基片烘干；
将0.08mol去离子水和0.002mol氨水溶于0.96mol无水乙醇中，形成透明澄清溶液，搅拌2h后将0.04mol正硅酸乙酯加入，持续搅拌4h后陈化5天。陈化5天后将其置于80℃条件下回流2h得到二氧化硅颗粒胶液A；
将回流得到的二氧化硅颗粒胶液A、0.04mol去离子水、0.001mol盐酸、0.48mol无水乙醇混合后在常温下进行搅拌，在2h后加入0.04mol正硅酸乙酯，进一步持续搅拌12h后得到溶胶胶液B；
将清洁后的玻璃基片在胶液B中进行提拉，提拉速率为15/min，提拉完成后置于退火炉中500℃下退火1h。
经过检测，如表1所示，本实施例得到的减反射膜250-2500nm光谱范围内平均透过率达到96％，铅笔硬度大于3H，划格法膜层附着力测试无脱落，孔径约在30nm。
实施例5
首先将管状玻璃基片水洗干净后放入无水乙醇和丙酮中进行超声处理各30min，将清洗干净的玻璃基片烘干；
将0.04mol去离子水和0.001mol氢氧化钾水溶液(浓度为0.5mol/L)溶于0.48mol无水乙醇中，形成透明澄清溶液，搅拌2h后将0.04mol正硅酸乙酯加入，持续搅拌4h后陈化5天。陈化5天后将其置于80℃条件下回流2h得到二氧化硅颗粒胶液A；
将回流得到的二氧化硅颗粒胶液A、0.08mol去离子水、0.002mol硝酸、0.96mol无水乙醇混合后在常温下进行搅拌，在2h后加入0.04mol正硅酸乙酯，进一步持续搅拌12h后得到溶胶胶液B；
将清洁后的玻璃基片在胶液B中进行提拉，提拉速率为15/min，提拉完成后置于退火炉中500℃下退火1h。
经过检测，如表1所示，本实施例得到的减反射膜250-2500nm光谱范围内平均透过率达到96％，铅笔硬度大于3H，划格法膜层附着力测试无脱落，孔径约在15nm。
实施例6
首先将管状玻璃基片水洗干净后放入无水乙醇和丙酮中进行超声处理各30min，将清洗干净的玻璃基片烘干；
将0.04mol去离子水和0.001mol氨水溶于0.96mol无水乙醇中，形成透明澄清溶液，搅拌2h后将0.04mol正硅酸乙酯加入，持续搅拌4h后陈化5天。陈化5天后将其置于80℃条件下回流2h得到二氧化硅颗粒胶液A；
将回流得到的二氧化硅颗粒胶液A、0.04mol去离子水、0.001mol盐酸、0.96mol无水乙醇混合后在常温下进行搅拌，在2h后加入0.04mol正硅酸乙酯，进一步持续搅拌4h后得到溶胶胶液B；
将清洁后的玻璃基片在胶液B中进行提拉，提拉速率为25/min，提拉完成后置于退火炉中500℃下退火1h。
经过检测，如表1所示，本实施例得到的减反射膜250-2500nm光谱范围内平均透过率达到96％，铅笔硬度大于3H，划格法膜层附着力测试无脱落，孔径约在5nm。
表1
Claims (10)
1.一种二氧化硅颗粒成膜制备减反射膜的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)以正硅酸乙酯、去离子水、碱催化剂、无水乙醇为原料制备胶液A；
(2)将胶液A陈化后进行回流处理去除碱催化剂；
(3)以经回流处理后的胶液A、正硅酸乙酯、去离子水、酸催化剂、无水乙醇为原料制备胶液B；
(4)将清洗洁净的玻璃基片从溶胶B中提拉镀膜并进行退火。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)为：将去离子水、碱催化剂、无水乙醇进行搅拌反应2h后将正硅酸乙酯加入，搅拌1-24h后得到二氧化硅颗粒胶液A。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(3)为：将回流处理后的胶液A、去离子水、酸催化剂、无水乙醇进行搅拌反应2h后将正硅酸乙酯加入，持续搅拌1-24h后得到胶液B。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)中正硅酸乙酯、去离子水、碱催化剂、无水乙醇摩尔比为1∶(1-10)∶(0.01-1)∶(10-70)。
5.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于：所述步骤(3)中正硅酸乙酯、去离子水、酸催化剂、无水乙醇摩尔比为1∶(1-10)∶(0.01-0.1)∶(10-70)。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述碱催化剂为氢氧化钾、氢氧化钠和氨水中的一种。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述酸催化剂为醋酸、盐酸和硝酸中的一种。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(3)中提拉速度为5-40cm/min，退火温度范围为250℃-600℃，时间为5-60min。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述玻璃基片为平板玻璃或管状玻璃。
10.一种根据权利要求1-9中任一项所述方法制备得到的减反射膜，其特征在于：该减反射膜具有多孔结构，孔径大小为5-40nm。
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