CN108373610A - 微纳结构表面构筑纳米涂层的方法及其在减反射上的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微纳结构表面构筑纳米涂层的方法及其在减反射上的应用。所述方法中采用一种纳米颗粒涂料，所述纳米颗粒涂料包括溶液a和溶液b；所述溶液a包括硅烷偶联剂和溶剂；所述溶液b包括纳米颗粒分散液和溶剂；将所述溶液a滴加到溶液b中得到所述纳米颗粒涂料；其中，所述溶液a中的硅烷偶联剂显正电性，所述溶液b中的纳米颗粒自身显负电性或经显负电性的物质改性。本发明的方法不仅可以在具有不规则微纳结构的表面构筑共形、厚度均匀的纳米涂层，而且涂层的厚度可根据浸入纳米颗粒涂料中的时间调控。此外，将这种构筑纳米涂层的方法应用到减反射方面，使基底的透过率值在原来的基础上有一定幅度的增加。
Description
技术领域
本发明涉及一种在微纳结构表面构筑共形、厚度均匀、可控的纳米涂层的方法及其在减反射方面的应用，属于表面处理技术领域。
背景技术
随着纳米技术发展的日新月异，纳米材料展现出了广阔的应用前景。其中，纳米涂层在光电技术、导体或半导体器件、传感器等方面已被广泛应用。目前，构筑纳米涂层的方法包括层层自组装技术、纳米光刻技术、纳米压印技术等，然而，这些方法大多针对在平整光滑的表面构筑纳米涂层的情况，不规则表面构筑纳米涂层很少被报道。
太阳能作为一种清洁、可再生的能源被广泛地应用，然而，由于太阳能电池材料或组件的限制，使太阳能的利用率较低，因此，将太阳能电池的封装材料进行减反射处理是一种有效提高太阳能利用率的方法。目前在平整光学材料的表面上，减反射薄膜的制备已有很扎实的研究基础和技术积累，然而在具有微纳结构的光学材料表面上，如液晶显示背光系统、菲涅尔透镜、太阳能电池用晶体硅等，构筑减反射膜的研究还鲜有报道。
发明内容
本发明旨在提供了一种设备要求简单、操作简便、普适的方法在微纳结构表面构筑共形、厚度均匀、可控的纳米涂层，并将此方法应用到减反射方面。
为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
1.一种纳米颗粒涂料，其包括溶液a和溶液b；所述溶液a包括硅烷偶联剂和溶剂；所述溶液b包括纳米颗粒分散液和溶剂；将所述溶液a滴加到溶液b中得到所述纳米颗粒涂料；其中，所述溶液a中的硅烷偶联剂显正电性，所述溶液b中的纳米颗粒显负电性。
2.上述涂料中，所述硅烷偶联剂选自γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、双(γ-三乙氧基硅基丙基)四硫化物，γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷等显正电性的偶联剂中的至少一种。
3.上述涂料中，所述溶液a中的硅烷偶联剂的重量百分含量为0.01％-100％，优选为0.02％-99％，还优选为0.05％-80％，进一步优选地为0.1％-50％。
4.上述涂料中，所述溶液b中的纳米颗粒的重量百分含量为0.01％-20％，优选0.02％-15％，还优选0.05％-10％。
5.上述涂料中，所述溶液a与溶液b的体积比为1:5～1:1500，优选地为1:10～1:1000；这样的用量比可以保证所述纳米颗粒涂料为电荷稳定体系。
6.上述涂料中，所述纳米颗粒选自常见的自身显负电性或经带负电物质改性的无机、有机或金属纳米颗粒中的至少一种。所述自身显负电性或经带负电物质改性的无机纳米颗粒具体为改性或未改性的二氧化硅、二氧化钛、氧化锌等无机纳米颗粒中的一种或多种；所述自身显负电性或经带负电物质改性的有机纳米颗粒具体为改性或未改性的聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯、聚碳酸酯等有机纳米颗粒中的一种或多种；所述自身显负电性或经带负电物质改性的金属纳米颗粒具体为改性或未改性的银、铝、铁、铜及其氧化物等金属纳米颗粒中的一种或多种。
本发明的纳米颗粒涂料显负电性且电荷稳定；另外，本发明的涂料可通过静电作用自组装在微纳结构表面自组装形成共形、厚度均匀、可控的纳米涂层。
7.上述纳米颗粒涂料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
1)将显正电性的硅烷偶联剂与溶剂混合，得到显正电性的溶液a；
2)将显负电性的纳米颗粒分散液与溶剂混合，得到显负电性的溶液b；
3)将所述溶液a滴加到溶液b中，得到所述的纳米颗粒涂料。
8.一种形成在具有不规则微米级或纳米级结构的基底表面的纳米涂层，其由上述的纳米颗粒涂料在所述的具有不规则微米级或纳米级结构的基底表面上形成。
本发明中，所述的具有不规则微米级或纳米级结构的基底表面也简称为微纳结构表面或具有不规则微纳结构的表面。
9.上述纳米涂层是通过所述纳米颗粒涂料中正负电荷的静电作用自组装形成。
10.上述纳米涂层与具有不规则微米级或纳米级结构的基底表面共形。
11.上述纳米涂层的厚度均匀且具有可控性，具体地，其厚度通过所述基底浸入所述纳米颗粒涂料的时间进行调节。优选地，所述浸入的时间为1-48h，优选3-36h，还优选5-24h。
12.上述纳米涂层的厚度为20nm-2μm，优选为30nm-1μm。
13.所述纳米涂层的制备方法，其包括以下步骤：
a)将溶液a沉积(如气相沉积)在所述具有不规则微米级或纳米级结构的基底表面，使基底表面显正电性；
b)将步骤a)的显正电性的基底浸入所述纳米颗粒涂料中，通过正负电荷的静电作用使纳米颗粒自组装在基底表面，得到所述纳米涂层。
14.上述制备方法中，所述基底选自具有不规则微米级或纳米级结构的无机、有机或金属基底，或选自具有不规则微米级或纳米级结构的光学器件。所述具有不规则微米级或纳米级结构的无机、有机或金属基底具体可以为表面具有不规则微米级或纳米级结构的硅片、玻璃等无机基底；表面具有不规则微米级或纳米级结构的聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚苯乙烯等有机聚合物基底，以及具有不规则微米级或纳米级结构的蝉翅、花瓣、荷叶、苍蝇的复眼等生物体基底；表面具有不规则微米级或纳米级结构的铜、铝、铁等金属基底。所述具有不规则微米级或纳米级结构的光学器件例如为液晶显示背光系统、菲涅尔透镜或太阳能电池用晶体硅等等。
15.上述制备方法的步骤b)中，所述基底浸入时间为1-48h，优选3-36h，还优选5-24h。
本发明的方法中，依靠正负电荷吸附的方法可以在具有不规则微结构表面构筑共形、厚度均匀、可控的纳米涂层，该方法的设备要求简单，便于大规模制备。
16.所述纳米涂层的应用，用于减反射。特别的，将所述纳米涂层形成于具有不规则微纳结构表面的基底表面，实现所述基底表面的减反射。所述基底可以是光学器件。通过减反射可以提高所述基底(包括光学器件)的透过率。
本发明的突出优点在于：
1、本发明提供的在不规则微纳结构表面构筑纳米涂层的方法简单，仅需将沉积硅烷偶联剂的基底(基底表面显正电性)浸入纳米颗粒涂料(显负电性)中一段时间即可，设备要求简单，便于大规模制备。
2、本发明的方法在微纳结构表面构筑的纳米涂层具有与所述微纳结构表面共形、所述涂层的厚度均匀且可控等特点；所述涂层的厚度可根据基底浸入纳米颗粒涂料中的时间进行调控。
3、本发明的方法具有普适性，可以在大部分具有不规则微纳结构的表面构筑共形、厚度均匀、可控的纳米涂层。
4、本发明的方法可以用于在透明的不规则基底或光学器件表面构筑减反射涂层，从而提高这些基底或光学器件的透过率。
附图说明
图1为用本发明的方法在具有山谷形微结构硅片表面构筑纳米颗粒涂层的扫描电镜图，放大倍数为33000倍；
图2为用本发明的方法在具有金字塔形微结构硅片表面构筑纳米颗粒涂层的扫描电镜图，放大倍数为70000倍；
图3为用本发明的方法在具有半圆形微结构聚对苯二甲酸乙二醇酯表面构筑纳米颗粒涂层的扫描电镜图，放大倍数为30000倍；
图4为用本发明的方法处理具有半圆形微结构聚对苯二甲酸乙二醇酯8h后、未处理基底的光学透过率结果，该基底的单面透过率提高了约3％。
图5为用本发明的方法处理具有同心圆微结构的菲涅尔透镜6h后、未处理菲涅尔透镜的光学透过率结果，该基底的单面透过率提高了约2.3％。
具体实施方式
如上所述，本发明提供了一种制备纳米颗粒涂料的方法，该涂料可用于具有不规则微纳结构的表面构筑共形、厚度均匀、可控的纳米涂层，所述方法包括以下步骤：
1)将显正电性的硅烷偶联剂与溶剂混合，得到显正电性的溶液a；
2)将显负电性的纳米颗粒分散液与溶剂混合，得到显负电性的溶液b；
3)将所述溶液a滴加到溶液b中，得到所述的纳米颗粒涂料。
所述的硅烷偶联剂选自γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、双(γ-三乙氧基硅基丙基)四硫化物，γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷等显正电性的偶联剂中的至少一种。
步骤1)中所述的溶剂选自甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯、正己烷、环己烷、甲苯、二甲苯等常见溶剂中的至少一种。
所述的纳米颗粒分散液中的纳米颗粒自身显负电性或经显负电性的物质改性后显负电性，选自常见的自身显负电性或经显负电性的物质改性的无机、有机或金属纳米颗粒中的至少一种。所述自身显负电性或经显负电性的物质改性的无机纳米颗粒具体为改性或未改性的二氧化硅、二氧化钛、氧化锌等无机纳米颗粒中的一种或多种；所述自身显负电性或经显负电性的物质改性的有机纳米颗粒具体为改性或未改性的聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯、聚碳酸酯等有机纳米颗粒中的一种或多种；所述自身显负电性或经显负电性的物质改性的金属纳米颗粒具体为改性或未改性的银、铝、铁、铜及其氧化物等金属纳米颗粒中的一种或多种。其中，所述纳米颗粒的粒径为2nm–200μm。
步骤2)中所述的溶剂选自甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯、正己烷、环己烷、甲苯、二甲苯等常见溶剂中的至少一种。
步骤2)中所述的纳米颗粒分散液的质量分数为1％-100％，优选为50％-90％。
另外，按照上述方法制备得到的纳米颗粒涂料，也属于本发明的保护范围。
本发明提供了一种在具有不规则微纳结构的表面构筑共形、厚度均匀、可控的纳米涂层的方法，所述方法包括以下步骤：
a)将溶液a沉积(如气相沉积)在所述具有不规则微米级或纳米级结构的基底表面，使基底表面显正电性；
b)将步骤a)的正电性的基底浸入所述纳米颗粒涂料中，通过正负电荷相互作用使纳米颗粒自组装在基底表面，得到所述纳米涂层。
在一个优选的实施方式中，所述方法包括如下步骤：
(1)一定温度下，将一定量溶液a气相沉积到具有不规则微纳结构表面的基底表面，使基底表面显正电性；
(2)室温下，将上述溶液a改性的显正电性的基底浸入所述纳米颗粒涂料中一段时间，通过正负电荷的静电作用使纳米颗粒自组装在基底表面；
(3)将步骤(2)的基底取出后，用溶剂冲洗基底表面，使未固定的纳米颗粒除去，将基底置于一定温度下使表面的溶剂挥发后，在所述基底表面构筑了共形、厚度均匀的纳米涂层。
步骤(2)中，为了控制所述涂层的厚度，可以将所述基底浸入纳米颗粒涂料中的时间延长。研究表面，随着浸入时间延长，所述涂层的厚度增加，表明此种方法不仅可以在具有不规则微纳结构的表面构筑共形、厚度均匀的纳米涂层，而且涂层的厚度可根据浸入纳米颗粒涂料中的时间调控。
步骤(3)中所述的溶剂选自甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯、正己烷、环己烷、甲苯、二甲苯等常见溶剂中的至少一种。
步骤(1)中所述气相沉积的温度为50-500℃，优选为80-150℃。
步骤(1)中所述气相沉积溶液a的量为1-1000mL。
步骤(2)中所述浸入纳米颗粒涂料中的时间为1-50h，优选为5-10h。
步骤(3)中所述使溶剂挥发的温度为25-500℃，优选为25-150℃。
步骤(3)中所述纳米颗粒涂层的厚度为20nm-2μm，优选为30nm-1μm。
另外，按照上述方法制备得到的具有共形、厚度均匀、可控的纳米涂层的基底也属于本发明的保护范围。
本发明还提供了这种构筑纳米涂层的方法在减反射方面的应用。
所述构筑纳米涂层的方法在减反射方面的应用是指：在一定的波长范围内，涂覆纳米涂层后基底的透过率有一定幅度的增加。具体地，在一定的波长范围内，将该基底在LAMBDA 950UV紫外-可见分光光度计上进行透过率测试，基底的透过率值在原来的基础上有一定幅度的增加。
所述波长范围为300nm–3000nm，优选为400nm–1200nm。
所述基底的透过率值为70％-90％。
所述透过率增加的幅度为2％-3.5％。
下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径获得。
实施例1
1)将γ-氨丙基三乙氧基硅烷与乙醇按体积比1:10稀释，即得到溶液a；
2)将质量分数为60％的二氧化硅纳米颗粒(～30nm，显负电性)分散液与乙醇按体积比1:10稀释，得到溶液b；取30μL溶液a滴入30ml溶液b中，即得到纳米颗粒涂料；
3)80℃下，将1mL溶液a气相沉积到具有不规则微米级结构的硅片表面；
4)室温下，将步骤(3)中气相沉积溶液a的硅片浸入步骤(2)中所述的纳米颗粒涂料中8h后，取出，用乙醇冲洗表面，室温干燥后，具有不规则微米级结构的硅片表面形成了一层共形，厚度均匀(约为150nm)的二氧化硅纳米颗粒涂层。
若将步骤(4)中的浸入时间延长至10h，则在具有不规则微米级结构的硅片表面形成了一层共形，厚度均匀(约为220nm)的二氧化硅纳米颗粒涂层。表明此种方法不仅可以在不规则硅片表面构筑共形、厚度均匀的纳米涂层，而且纳米涂层的厚度可控。
实施例2
1)将γ-氨丙基三乙氧基硅烷与乙醇按体积比1:100稀释，即得到溶液a；
2)将质量分数为60％的二氧化硅纳米颗粒(～30nm，显负电性)分散液与乙醇按体积比1:100稀释，得到溶液b；取300μL溶液a滴入30ml溶液b中，即得到纳米颗粒涂料；
3)80℃下，将10mL溶液a气相沉积到具有不规则微米级结构的硅片表面；
4)室温下，将步骤(3)中气相沉积溶液a的硅片浸入步骤(2)中所述的纳米颗粒涂料中10h后，取出，用乙醇冲洗表面，室温干燥后，具有不规则微米级结构的硅片表面形成了一层共形，厚度均匀(约为200nm)的二氧化硅纳米颗粒涂层。
若将步骤(4)中的硅片浸入时间延长至15h，则在具有不规则微米级结构的硅片表面形成了一层共形，厚度均匀(约为300nm)的二氧化硅纳米颗粒涂层。表明此种方法不仅可以在不规则硅片表面构筑共形、厚度均匀的纳米涂层，而且纳米涂层的厚度可控。
实施例3
1)将γ-氨丙基三乙氧基硅烷与乙醇按体积比1:150稀释，即得到溶液a；
2)将质量分数为70％的二氧化硅纳米颗粒(～30nm，显负电性)分散液与乙醇按体积比1:150稀释，得到溶液b；取200μL溶液a滴入30ml溶液b中，即得到纳米颗粒涂料；
3)90℃下，将20mL溶液a气相沉积到具有不规则纳米级结构的蝉翅表面；
4)室温下，将步骤(3)中气相沉积溶液a的蝉翅浸入步骤(2)中所述的纳米颗粒涂料中10h后，取出，用乙醇冲洗表面，室温干燥后，具有不规则纳米级结构的蝉翅表面形成了一层共形，厚度均匀(约为200nm)的二氧化硅纳米颗粒涂层。
若将步骤(4)中的蝉翅浸入时间延长至15h，则在具有不规则纳米级结构的蝉翅表面形成了一层共形，厚度均匀(约为300nm)的二氧化硅纳米颗粒涂层。表明此种方法不仅可以在不规则蝉翅表面构筑共形、厚度均匀的纳米涂层，而且纳米涂层的厚度可控。
实施例4
1)将γ-氨丙基三乙氧基硅烷与乙醇按体积比1:200稀释，即得到溶液a；
2)将质量分数为70％的二氧化硅纳米颗粒(～30nm，显负电性)分散液与乙醇按体积比1:150稀释，得到溶液b；取500μL溶液a滴入25ml溶液b中，即得到纳米颗粒涂料；
3)80℃下，将100mL溶液a气相沉积到具有不规则微米级结构的聚对苯二甲酸乙二醇酯表面；
4)室温下，将步骤(3)中气相沉积溶液a的聚对苯二甲酸乙二醇酯浸入步骤(2)中所述的纳米颗粒涂料中15h后，取出，用乙醇冲洗表面，室温干燥后，具有不规则微米级结构的聚对苯二甲酸乙二醇酯表面形成了一层共形，厚度均匀(约为230nm)的二氧化硅纳米颗粒涂层。
若将步骤(4)中的聚对苯二甲酸乙二醇酯浸入时间延长至20h，则在具有不规则微米级结构的聚对苯二甲酸乙二醇酯表面形成了一层共形，厚度均匀(约为300nm)的二氧化硅纳米颗粒涂层。表明此种方法不仅可以在不规则聚对苯二甲酸乙二醇酯表面构筑共形、厚度均匀的纳米涂层，而且纳米涂层的厚度可控。
在380-1100nm波长范围内，将步骤4)中具有230nm二氧化硅纳米颗粒涂层的聚对苯二甲酸乙二醇酯在LAMBDA 950紫外-可见分光光度计上进行透过率测试，基底的单面透过率提高了约2％，表明该纳米颗粒涂层具有减反射功能。
实施例5
1)将γ-氨丙基三乙氧基硅烷与乙醇按体积比1:300稀释，即得到溶液a；
2)将质量分数为70％的二氧化硅纳米颗粒(～30nm，显负电性)分散液与乙醇按体积比1:200稀释，得到溶液b；取700μL溶液a滴入25ml溶液b中，即得到纳米颗粒涂料；
3)80℃下，将100mL溶液a气相沉积到具有不规则微米级结构的聚甲基丙烯酸甲酯表面；
4)室温下，将步骤(3)中气相沉积溶液a的聚甲基丙烯酸甲酯浸入步骤(2)中所述的纳米颗粒涂料中15h后，取出，用乙醇冲洗表面，室温干燥后，具有不规则微米级结构的聚甲基丙烯酸甲酯表面形成了一层共形，厚度均匀(约为260nm)的二氧化硅纳米颗粒涂层。
若将步骤(4)中的聚甲基丙烯酸甲酯浸入时间延长至20h，则在具有不规则微米级结构的聚甲基丙烯酸甲酯表面形成了一层共形，厚度均匀(约为300nm)的二氧化硅纳米颗粒涂层。表明此种方法不仅可以在不规则聚甲基丙烯酸甲酯表面构筑共形、厚度均匀的纳米涂层，而且纳米涂层的厚度可控。
在380-1100nm波长范围内，将步骤4)中具有260nm二氧化硅纳米颗粒涂层的聚甲基丙烯酸甲酯在LAMBDA 950紫外-可见分光光度计上进行透过率测试，结果表明，基底的单面透过率提高了约2％，该纳米颗粒涂层具有减反射功能。
实施例6
1)将γ-氨丙基三乙氧基硅烷与乙醇按体积比1:500稀释，即得到溶液a；
2)将质量分数为70％的二氧化硅纳米颗粒(～30nm，显负电性)分散液与乙醇按体积比1:500稀释，得到溶液b；取500μL溶液a滴入25ml溶液b中，即得到纳米颗粒涂料；
3)80℃下，将200mL溶液a气相沉积到具有不规则微米级结构的聚碳酸酯表面；
4)室温下，将步骤(3)中气相沉积溶液a的聚碳酸酯浸入步骤(2)中所述的纳米颗粒涂料中15h后，取出，用乙醇冲洗表面，室温干燥后，具有不规则微米级结构的聚碳酸酯表面形成了一层共形，厚度均匀(约为220nm)的二氧化硅纳米颗粒涂层。
若将步骤(4)中的聚碳酸酯浸入时间延长至20h，则在不规则微米级结构的聚碳酸酯表面形成了一层共形，厚度均匀(约为300nm)的二氧化硅纳米颗粒涂层。表明此种方法不仅可以在不规则聚碳酸酯表面构筑共形、厚度均匀的纳米涂层，而且纳米涂层的厚度可控。
在380-1100nm波长范围内，将步骤4)中具有220nm二氧化硅纳米颗粒涂层的聚碳酸酯在LAMBDA 950紫外-可见分光光度计上进行透过率测试，结果表明，基底的单面透过率提高了约2％，该纳米颗粒涂层具有减反射功能。
实施例7
1)将γ-氨丙基三甲氧基硅烷与乙醇按体积比1:10稀释，即得到溶液a；
2)将质量分数为80％的二氧化钛纳米颗粒(～30nm，显负电性)分散液与乙醇按体积比1:10稀释，得到溶液b；取30μL溶液a滴入20ml溶液b中，即得到纳米颗粒涂料；
3)80℃下，将1mL溶液a气相沉积到具有不规则微米级结构的硅片表面；
4)室温下，将步骤(3)中气相沉积溶液a的硅片浸入步骤(2)中所述的纳米颗粒涂料中8h后，取出，用乙醇冲洗表面，室温干燥后，具有不规则微米级结构的硅片表面形成了一层共形，厚度均匀(约为150nm)的二氧化钛纳米颗粒涂层。
若将步骤(4)中的硅片浸入时间延长至10h，则在具有不规则微米级结构的硅片表面形成了一层共形，厚度均匀(约为220nm)的二氧化钛纳米颗粒涂层。表明此种方法不仅可以在不规则硅片表面构筑共形、厚度均匀的纳米涂层，而且纳米涂层的厚度可控。
实施例8
1)将γ-氨丙基三甲氧基硅烷与乙醇按体积比1:100稀释，即得到溶液a；
2)将质量分数为80％的二氧化钛纳米颗粒(～30nm，显负电性)分散液与乙醇按体积比1:100稀释，得到溶液b；取300μL溶液a滴入20ml溶液b中，即得到纳米颗粒涂料；
3)80℃下，将10mL溶液a气相沉积到具有不规则微米级结构的聚对苯二甲酸乙二醇酯表面；
4)室温下，将步骤(3)中气相沉积溶液a的聚对苯二甲酸乙二醇酯浸入步骤(2)中所述的纳米颗粒涂料中8h后，取出，用乙醇冲洗表面，室温干燥后，具有不规则微米级结构的聚对苯二甲酸乙二醇酯表面形成了一层共形，厚度均匀(约为150nm)的二氧化钛纳米颗粒涂层。
若将步骤(4)中的聚对苯二甲酸乙二醇酯浸入时间延长至10h，则在不规则微米级结构的聚对苯二甲酸乙二醇酯表面形成了一层共形，厚度均匀(约为220nm)的二氧化钛纳米颗粒涂层。表明此种方法不仅可以在不规则聚对苯二甲酸乙二醇酯表面构筑共形、厚度均匀的纳米涂层，而且纳米涂层的厚度可控。
实施例9
1)将γ-氨丙基三甲氧基硅烷与乙醇按体积比1:200稀释，即得到溶液a；
2)将质量分数为80％的二氧化钛纳米颗粒(～30nm，显负电性)分散液与乙醇按体积比1:20稀释，得到溶液b；取100μL溶液a滴入20ml溶液b中，即得到纳米颗粒涂料；
3)80℃下，将50mL溶液a气相沉积到具有不规则微米级结构的聚甲基丙烯酸甲酯表面；
4)室温下，将步骤(3)中气相沉积溶液a的聚甲基丙烯酸甲酯浸入步骤(2)中所述的纳米颗粒涂料中8h后，取出，用乙醇冲洗表面，室温干燥后，具有不规则微米级结构的聚甲基丙烯酸甲酯表面形成了一层共形，厚度均匀(约为150nm)的二氧化钛纳米颗粒涂层。
若将步骤(4)中的聚甲基丙烯酸甲酯浸入时间延长至10h，则在具有不规则微米级结构的聚甲基丙烯酸甲酯表面形成了一层共形，厚度均匀(约为220nm)的二氧化钛纳米颗粒涂层。表明此种方法不仅可以在不规则聚甲基丙烯酸甲酯表面构筑共形、厚度均匀的纳米涂层，而且纳米涂层的厚度可控。
实施例10
1)将γ-氨丙基三甲氧基硅烷与乙醇按体积比1:300稀释，即得到溶液a；
2)将质量分数为80％的二氧化钛纳米颗粒(～30nm，显负电性)分散液与乙醇按体积比1:30稀释，得到溶液b；取300μL溶液a滴入15ml溶液b中，即得到纳米颗粒涂料；
3)80℃下，将100mL溶液a气相沉积到具有不规则微米级结构的聚碳酸酯表面；
4)室温下，将步骤(3)中气相沉积溶液a的聚碳酸酯浸入步骤(2)中所述的纳米颗粒涂料中8h后，取出，用乙醇冲洗表面，室温干燥后，具有不规则微米级结构的聚碳酸酯表面形成了一层共形，厚度均匀(约为150nm)的二氧化钛纳米颗粒涂层。
若将步骤(4)中的聚碳酸酯浸入时间延长至10h，则在具有不规则微米级结构的聚碳酸酯表面形成了一层共形，厚度均匀(约为220nm)的二氧化钛纳米颗粒涂层。表明此种方法不仅可以在不规则聚碳酸酯表面构筑共形、厚度均匀的纳米涂层，而且纳米涂层的厚度可控。
实施例11
1)将γ-巯丙基三乙氧基硅烷与乙醇按体积比1:10稀释，即得到溶液a；
2)将质量分数为80％的聚苯乙烯纳米颗粒(～300nm，显负电性)分散液与乙醇按体积比1:10稀释，得到溶液b；取30μL溶液a滴入15ml溶液b中，即得到纳米颗粒涂料；
3)80℃下，将1mL溶液a气相沉积到具有不规则微米级结构的硅片表面；
4)室温下，将步骤(3)中气相沉积溶液a的硅片浸入步骤(2)中所述的纳米颗粒涂料中8h后，取出，用乙醇冲洗表面，室温干燥后，具有不规则微米级结构的硅片表面形成了一层共形，厚度均匀(约为100μm)的聚苯乙烯纳米颗粒涂层。
若将步骤(4)中的硅片浸入时间延长至10h，则在具有不规则微米级结构的硅片表面形成了一层共形，厚度均匀(约为200μm)的聚苯乙烯纳米颗粒涂层。表明此种方法不仅可以在不规则硅片表面构筑共形、厚度均匀的纳米涂层，而且纳米涂层的厚度可控。
实施例12
1)将γ-巯丙基三乙氧基硅烷与乙醇按体积比1:100稀释，即得到溶液a；
2)将质量分数为80％的聚苯乙烯纳米颗粒(～300nm，显负电性)分散液与乙醇按体积比1:100稀释，得到溶液b；取300μL溶液a滴入15ml溶液b中，即得到纳米颗粒涂料；
3)80℃下，将10mL溶液a气相沉积到具有不规则微米级结构的聚对苯二甲酸乙二醇酯表面；
4)室温下，将步骤(3)中气相沉积溶液a的聚对苯二甲酸乙二醇酯浸入步骤(2)中所述的纳米颗粒涂料中8h后，取出，用乙醇冲洗表面，室温干燥后，具有不规则微米级结构的聚对苯二甲酸乙二醇酯表面形成了一层共形，厚度均匀(约为100μm)的聚苯乙烯纳米颗粒涂层。
若将步骤(4)中的聚对苯二甲酸乙二醇酯浸入时间延长至10h，则在具有不规则微米级结构的聚对苯二甲酸乙二醇酯表面形成了一层共形，厚度均匀(约为200μm)的聚苯乙烯纳米颗粒涂层。表明此种方法不仅可以在不规则聚对苯二甲酸乙二醇酯表面构筑共形、厚度均匀的纳米涂层，而且纳米涂层的厚度可控。
实施例13
1)将γ-巯丙基三乙氧基硅烷与乙醇按体积比1:200稀释，即得到溶液a；
2)将质量分数为80％的聚苯乙烯纳米颗粒(～300nm，显负电性)分散液与乙醇按体积比1:20稀释，得到溶液b；取20μL溶液a滴入10ml溶液b中，即得到纳米颗粒涂料；
3)80℃下，将100mL溶液a气相沉积到具有不规则微米级结构的聚甲基丙烯酸甲酯表面；
4)室温下，将步骤(3)中气相沉积溶液a的聚甲基丙烯酸甲酯浸入步骤(2)中所述的纳米颗粒涂料中8h后，取出，用乙醇冲洗表面，室温干燥后，具有不规则微米级结构的聚甲基丙烯酸甲酯表面形成了一层共形，厚度均匀(约为100μm)的聚苯乙烯纳米颗粒涂层。
若将步骤(4)中的聚甲基丙烯酸甲酯浸入时间延长至10h，则在具有不规则微米级结构的聚甲基丙烯酸甲酯表面形成了一层共形，厚度均匀(约为200μm)的聚苯乙烯纳米颗粒涂层。表明此种方法不仅可以在不规则聚甲基丙烯酸甲酯表面构筑共形、厚度均匀的纳米涂层，而且纳米涂层的厚度可控。
实施例14
1)将γ-巯丙基三乙氧基硅烷与乙醇按体积比1:300稀释，即得到溶液a；
2)将质量分数为80％的聚苯乙烯纳米颗粒(～300nm，显负电性)分散液与乙醇按体积比1:30稀释，得到溶液b；取50μL溶液a滴入10ml溶液b中，即得到纳米颗粒涂料；
3)80℃下，将50mL溶液a气相沉积到具有不规则微米级结构的聚碳酸酯表面；
4)室温下，将步骤(3)中气相沉积溶液a的聚碳酸酯浸入步骤(2)中所述的纳米颗粒涂料中8h后，取出，用乙醇冲洗表面，室温干燥后，具有不规则微米级结构的聚碳酸酯表面形成了一层共形，厚度均匀(约为100μm)的聚苯乙烯纳米颗粒涂层。
若将步骤(4)中的聚碳酸酯浸入时间延长至10h，则在具有不规则微米级结构的聚碳酸酯表面形成了一层共形，厚度均匀(约为200μm)的聚苯乙烯纳米颗粒涂层。表明此种方法不仅可以在不规则聚碳酸酯表面构筑共形、厚度均匀的纳米涂层，而且纳米涂层的厚度可控。
实施例15
1)将γ-巯丙基三乙氧基硅烷与乙醇按体积比1:600稀释，即得到溶液a；
2)将质量分数为70％的聚苯乙烯纳米颗粒(～300nm，显负电性)分散液与乙醇按体积比1:60稀释，得到溶液b；取100μL溶液a滴入10ml溶液b中，即得到纳米颗粒涂料；
3)80℃下，将10mL溶液a气相沉积到具有不规则微米级结构的聚丙烯表面；
4)室温下，将步骤(3)中气相沉积溶液a的聚丙烯浸入步骤(2)中所述的纳米颗粒涂料中8h后，取出，用乙醇冲洗表面，室温干燥后，具有不规则微米级结构的聚丙烯表面形成了一层共形，厚度均匀(约为100μm)的聚苯乙烯纳米颗粒涂层。
若将步骤(4)中的聚丙烯浸入时间延长至10h，则在具有不规则微米级结构的聚丙烯表面形成了一层共形，厚度均匀(约为200μm)的聚苯乙烯纳米颗粒涂层。表明此种方法不仅可以在不规则聚丙烯表面构筑共形、厚度均匀的纳米涂层，而且纳米涂层的厚度可控。
实施例16
1)将γ-巯丙基三甲氧基硅烷与乙醇按体积比1:10稀释，即得到溶液a；
2)将质量分数为70％的氧化锌纳米颗粒(～100nm，显负电性)分散液与乙醇按体积比1:10稀释，得到溶液b；取30μL溶液a滴入5ml溶液b中，即得到纳米颗粒涂料；
3)80℃下，将1mL溶液a气相沉积到具有不规则微米级结构的硅片表面；
4)室温下，将步骤(3)中气相沉积溶液a的硅片浸入步骤(2)中所述的纳米颗粒涂料中8h后，取出，用乙醇冲洗表面，室温干燥后，具有不规则微米级结构的硅片表面形成了一层共形，厚度均匀(约为300nm)的氧化锌纳米颗粒涂层。
若将步骤(4)中的硅片浸入时间延长至10h，则在具有不规则微米级结构的硅片表面形成了一层共形，厚度均匀(约为600nm)的氧化锌纳米颗粒涂层。表明此种方法不仅可以在不规则硅片表面构筑共形、厚度均匀的纳米涂层，而且纳米涂层的厚度可控。
实施例17
1)将γ-巯丙基三甲氧基硅烷与乙醇按体积比1:100稀释，即得到溶液a；
2)将质量分数为70％的氧化锌纳米颗粒(～100nm，显负电性)分散液与乙醇按体积比1:100稀释，得到溶液b；取300μL溶液a滴入5ml溶液b中，即得到纳米颗粒涂料；
3)80℃下，将10mL溶液a气相沉积到具有不规则微米级结构的聚对苯二甲酸乙二醇酯表面；
4)室温下，将步骤(3)中气相沉积溶液a的聚对苯二甲酸乙二醇酯浸入步骤(2)中所述的纳米颗粒涂料中8h后，取出，用乙醇冲洗表面，室温干燥后，具有不规则微米级结构的聚对苯二甲酸乙二醇酯表面形成了一层共形，厚度均匀(约为300nm)的氧化锌纳米颗粒涂层。
若将步骤(4)中的聚对苯二甲酸乙二醇酯浸入时间延长至10h，则在具有不规则微米级结构的聚对苯二甲酸乙二醇酯表面形成了一层共形，厚度均匀(约为600nm)的氧化锌纳米颗粒涂层。表明此种方法不仅可以在不规则聚对苯二甲酸乙二醇酯表面构筑共形、厚度均匀的纳米涂层，而且纳米涂层的厚度可控。
实施例18
1)将γ-巯丙基三甲氧基硅烷与乙醇按体积比1:200稀释，即得到溶液a；
2)将质量分数为70％的氧化锌纳米颗粒(～100nm，显负电性)分散液与乙醇按体积比1:200稀释，得到溶液b；取500μL溶液a滴入5ml溶液b中，即得到纳米颗粒涂料；
3)80℃下，将50mL溶液a气相沉积到具有不规则微米级结构的聚甲基丙烯酸甲酯表面；
4)室温下，将步骤(3)中气相沉积溶液a的聚甲基丙烯酸甲酯浸入步骤(2)中所述的纳米颗粒涂料中8h后，取出，用乙醇冲洗表面，室温干燥后，具有不规则微米级结构的聚甲基丙烯酸甲酯表面形成了一层共形，厚度均匀(约为300nm)的氧化锌纳米颗粒涂层。
若将步骤(4)中的聚甲基丙烯酸甲酯浸入时间延长至10h，则在具有不规则微米级结构的聚甲基丙烯酸甲酯表面形成了一层共形，厚度均匀(约为600nm)的氧化锌纳米颗粒涂层。表明此种方法不仅可以在不规则聚甲基丙烯酸甲酯表面构筑共形、厚度均匀的纳米涂层，而且纳米涂层的厚度可控。
实施例19
1)将γ-巯丙基三甲氧基硅烷与乙醇按体积比1:500稀释，即得到溶液a；
2)将质量分数为70％的氧化锌纳米颗粒(～100nm，显负电性)分散液与乙醇按体积比1:500稀释，得到溶液b；取600μL溶液a滴入60ml溶液b中，即得到纳米颗粒涂料；
3)80℃下，将60mL溶液a气相沉积到具有不规则微米级结构的聚碳酸酯表面；
4)室温下，将步骤(3)中气相沉积溶液a的聚碳酸酯浸入步骤(2)中所述的纳米颗粒涂料中8h后，取出，用乙醇冲洗表面，室温干燥后，具有不规则微米级结构的聚碳酸酯表面形成了一层共形，厚度均匀(约为300nm)的氧化锌纳米颗粒涂层。
若将步骤(4)中的聚碳酸酯浸入时间延长至10h，则在具有不规则微米级结构的聚碳酸酯表面形成了一层共形，厚度均匀(约为600nm)的氧化锌纳米颗粒涂层。表明此种方法不仅可以在不规则聚碳酸酯表面构筑共形、厚度均匀的纳米涂层，而且纳米涂层的厚度可控。
实施例20
1)将γ-巯丙基三甲氧基硅烷与乙醇按体积比1:600稀释，即得到溶液a；
2)将质量分数为70％的氧化锌纳米颗粒(～100nm，显负电性)分散液与乙醇按体积比1:600稀释，得到溶液b；取800μL溶液a滴入60ml溶液b中，即得到纳米颗粒涂料；
3)80℃下，将70mL溶液a气相沉积到具有不规则微米级结构的聚丙烯表面；
4)室温下，将步骤(3)中气相沉积溶液a的聚丙烯浸入步骤(2)中所述的纳米颗粒涂料中8h后，取出，用乙醇冲洗表面，室温干燥后，具有不规则微米级结构的聚丙烯表面形成了一层共形，厚度均匀(约为300nm)的氧化锌纳米颗粒涂层。
若将步骤(4)中的聚丙烯浸入时间延长至10h，则在具有不规则微米级结构的聚丙烯表面形成了一层共形，厚度均匀(约为600nm)的氧化锌纳米颗粒涂层。表明此种方法不仅可以在不规则聚丙烯表面构筑共形、厚度均匀的纳米涂层，而且纳米涂层的厚度可控。
实施例21
1)将γ-巯丙基三甲氧基硅烷与乙醇按体积比1:800稀释，即得到溶液a；
2)将质量分数为70％的氧化锌纳米颗粒(～100nm，显负电性)分散液与乙醇按体积比1:800稀释，得到溶液b；取900μL溶液a滴入60ml溶液b中，即得到纳米颗粒涂料；
3)80℃下，将90mL溶液a气相沉积到具有不规则微米级结构的聚苯乙烯表面；
4)室温下，将步骤(3)中气相沉积溶液a的聚苯乙烯浸入步骤(2)中所述的纳米颗粒涂料中8h后，取出，用乙醇冲洗表面，室温干燥后，具有不规则微米级结构的聚苯乙烯表面形成了一层共形，厚度均匀(约为300nm)的氧化锌纳米颗粒涂层。
若将步骤(4)中的聚苯乙烯浸入时间延长至10h，则在具有不规则微米级结构的聚苯乙烯表面形成了一层共形，厚度均匀(约为600nm)的氧化锌纳米颗粒涂层。表明此种方法不仅可以在不规则聚苯乙烯表面构筑共形、厚度均匀的纳米涂层，而且纳米涂层的厚度可控。
需要说明的是，上述实施例只是用来说明本发明的技术特征，不是用来限定本发明专利申请范围的。
Claims (10)
1.一种纳米颗粒涂料，其特征在于，所述纳米颗粒涂料包括溶液a和溶液b；所述溶液a包括硅烷偶联剂和溶剂；所述溶液b包括纳米颗粒分散液和溶剂；将所述溶液a滴加到溶液b中得到所述纳米颗粒涂料；其中，所述溶液a中的硅烷偶联剂显正电性，所述溶液b中的纳米颗粒显负电性。
2.根据权利要求1所述的纳米颗粒涂料，其特征在于，所述硅烷偶联剂选自γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、双(γ-三乙氧基硅基丙基)四硫化物，γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷等显正电性的偶联剂中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的纳米颗粒涂料，其特征在于，上述涂料中，所述溶液a中的硅烷偶联剂的重量百分含量为0.01％-100％，优选为0.02％-99％，还优选为0.05％-80％，进一步优选地为0.1％-50％。
优选地，所述溶液b中的纳米颗粒的重量百分含量为0.01％-20％，优选0.02％-15％，还优选0.05％-10％。
还优选地，所述溶液a与溶液b的体积比为1:5～1:1500，优选地为1:10～1:1000。
4.根据权利要求1-3任一项所述的纳米颗粒涂料，其特征在于，所述纳米颗粒选自常见的自身显负电性或经显负电性的物质改性的无机、有机或金属纳米颗粒中的至少一种。所述自身显负电性或经显负电性的物质改性的无机纳米颗粒具体为改性或未改性的二氧化硅、二氧化钛、氧化锌等无机纳米颗粒中的一种或多种；所述自身显负电性或经显负电性的物质改性的有机纳米颗粒具体为改性或未改性的聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯、聚碳酸酯等有机纳米颗粒中的一种或多种；所述自身显负电性或经显负电性的物质改性的金属纳米颗粒具体为改性或未改性的银、铝、铁、铜及其氧化物等金属纳米颗粒中的一种或多种。
5.权利要求1-4任一项所述纳米颗粒涂料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
1)将显正电性的硅烷偶联剂与溶剂混合，得到显正电性的溶液a；
2)将显负电性的纳米颗粒分散液与溶剂混合，得到显负电性的溶液b；
3)将所述溶液a滴加到溶液b中，得到所述的纳米颗粒涂料。
6.一种形成在具有不规则微米级或纳米级结构的基底表面的纳米涂层，其特征在于，所述纳米涂层由权利要求1-4任一项所述纳米颗粒涂料在所述的具有不规则微米级或纳米级结构的基底表面上形成。
7.根据权利要求6所述的纳米涂层，其特征在于，所述纳米涂层是通过所述纳米颗粒涂料中的正负电荷的静电作用自组装形成的。
优选地，所述纳米涂层与具有不规则微米级或纳米级结构的基底表面共形。
还优选地，所述纳米涂层的厚度均匀且具有可控性，具体地，其厚度通过所述基底浸入所述纳米颗粒涂料的时间进行调节。优选地，所述浸入的时间为1-48h，优选3-36h，还优选5-24h。
还更优选地，所述纳米涂层的厚度为20nm-2μm，优选为30nm-1μm。
8.权利要求6或7所述纳米涂层的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
a)将溶液a沉积(如气相沉积)在所述具有不规则微米级或纳米级结构的基底表面，使基底表面显正电性；
b)将步骤a)的显正电性的基底浸入所述纳米颗粒涂料中，通过正负电荷的静电自组装使纳米颗粒自组装在基底表面，得到所述纳米涂层。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述基底选自具有不规则微米级或纳米级结构的无机、有机或金属基底，或选自具有不规则微米级或纳米级结构的光学器件。所述具有不规则微米级或纳米级结构的无机、有机或金属基底具体可以为表面具有不规则微米级或纳米级结构的硅片、玻璃等无机基底；表面具有不规则微米级或纳米级结构的聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚苯乙烯等有机聚合物基底，以及具有不规则微米级或纳米级结构的蝉翅、花瓣、荷叶、苍蝇的复眼等生物体基底；表面具有不规则微米级或纳米级结构的铜、铝、铁等金属基底。所述具有不规则微米级或纳米级结构的光学器件例如为液晶显示背光系统、菲涅尔透镜或太阳能电池用晶体硅等等。
优选地，上述制备方法的步骤b)中，所述基底浸入时间为1-48h，优选3-36h，还优选5-24h。
10.权利要求6或7所述纳米涂层的应用，用于减反射。
特别的，将所述纳米涂层形成于具有不规则微纳结构表面的基底表面，实现所述基底表面的减反射。所述基底可以是光学器件。通过减反射可以提高所述基底(包括光学器件)的透过率。
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