CN109188571B - 一种中空闭孔SiO2减反射膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种中空闭孔SiO2减反射膜及其制备方法，属于光学元件的制备技术领域，包括：(1)中空SiO2溶胶的制备；(2)酸性硅溶胶的制备；(3)镀膜液的制备；(4)旋涂镀膜、煅烧。本发明制备方法制备的减反射膜透光率高，且实现了对减反射膜厚度的精准控制，提高了减反射膜透光率的均一性。

Description

一种中空闭孔SiO2减反射膜及其制备方法
技术领域
本发明属于光学元件的制备技术领域，具体涉及一种中空闭孔SiO2减反射膜及其制备方法。
背景技术
减反射膜，又称增透膜，主要功能是减少或消除透镜、棱镜、平面镜等光学表面的反射光，从而增加这些元件的透光量，减少或消除系统的杂散光，广泛应用于日常生活、工业、天文学、军事学、电子等领域，用于提高光的利用率。
目前制备减反射膜的方法有光刻、斜角沉积、粒子溅射、催化蚀刻和化学气相沉积，但是由于真空处理、多个蚀刻步骤和折射率的有限可控性的要求，这些方法缺乏成本效益和高通量能力。提拉镀膜法也是一种制备减反射膜的常用方法，该法需要把镀膜的基片浸入胶体溶液中，所以膜层的厚度和均匀性对衬底和流动条件(例如液体池和头顶气体)非常敏感，同时，由于在浸涂过程中溶胶会流动，所以如何控制膜的粗糙度仍然是浸涂法中的一个挑战。
旋涂是依靠工件旋转时产生的离心力及重力作用，将落在工件上的涂料液滴全面流布于工件表面的涂覆过程。旋涂工艺非常容易和灵活，可以实现对镀膜厚度的精确控制，而且旋涂期间因溶剂快速蒸发形成致密的表层，易于进行额外的旋涂。
发明内容
本发明提供一种中空闭孔SiO2减反射膜及其制备方法，首先制备中空SiO2溶胶和酸性硅溶胶，将制备的中空SiO2溶胶和酸性硅溶胶混合制备镀膜液，通过旋涂工艺将镀膜液制备成厚度均匀可控的减反射膜。
本发明是通过如下技术方案来实现的。
本发明目的提供一种中空闭孔SiO2减反射膜，所述中空闭孔SiO2减反射膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)将模板剂溶于碱性催化剂中，制得溶液Ⅰ；将溶液Ⅰ缓慢加至有机溶剂Ⅰ中，制得溶液Ⅱ；将二氧化硅前驱体Ⅰ加至溶液Ⅱ，反应8～15h，制得碱性中空SiO2溶胶；将所述碱性中空SiO2溶胶室温静置除氨气12h，最终制得中空SiO2溶胶；
所述模板剂：碱性催化剂：二氧化硅前驱体Ⅰ：有机溶剂Ⅰ摩尔比为1:74.8: 3.8:14.4，所述中空SiO2溶胶中SiO2质量分数为2.07％～6.56％；
(2)将二氧化硅前驱体Ⅱ加至有机溶剂Ⅱ中并混合均匀，制得溶液Ⅲ；将酸性催化剂与共催化剂混合均匀并缓慢加至溶液Ⅲ中反应4～6h，制得酸性硅溶胶；
二氧化硅前驱体Ⅱ：酸性催化剂：共催化剂：机溶剂Ⅱ的摩尔比为1:0.085: 6.4:3.8；所述酸性硅溶胶中SiO2质量分数为2.34％；
(3)将步骤(1)制得的中空SiO2溶胶和步骤(2)制得的酸性硅溶胶按质量比为1:1～5:1混合均匀，制得镀膜液；
(4)将清洗后的载玻片放置在旋涂仪的吸盘上，在旋涂速率为 2000～8000rpm、旋涂时间为10～30s、室温条件下将步骤(3)制备的镀膜液沉积在载玻片上，将镀有镀膜液的载玻片置于室温下10～20min挥发溶剂，再将镀有镀膜液的载玻片置于450℃马弗炉中煅烧1～4h，制得厚度为64～300nm的减反射膜。
优选地，所述步骤(1)中模板剂为聚丙烯酸、聚丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸丁酯、苯乙烯中的一种或多种。
优选地，所述步骤(1)中碱性催化剂为氢氧化铵、氢氧化钠、乙二胺、三亚乙基四胺、3，3'-二氨基二丙胺、N，N，N'，N'-四甲基乙二胺中的一种或多种。
优选地，所述步骤(1)中二氧化硅前驱体Ⅰ和步骤(2)中二氧化硅前驱体Ⅱ均为正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、正辛基三乙氧基硅烷、十八烷基三乙氧基硅烷中的一种或多种。
优选地，所述步骤(1)有机溶剂Ⅰ和步骤(2)中有机溶剂Ⅱ均为甲醇、乙醇、丙醇、正丁醇、异丙醇、丙酮中的一种或多种。
优选地，所述步骤(2)中酸性催化剂为盐酸、醋酸中的一种或两种。
优选地，所述步骤(2)中共催化剂为去离子水。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果:
(1)本发明方法实现了对镀膜厚度的精确控制；
(2)本发明不涉及温度固化过程，涂层可能适用于各种聚合物基材；
(3)本发明方法在旋涂期间溶剂快速蒸发形成致密的表层，易于进行额外的旋涂；
(4)本发明的制备方法制备的减反射膜应用于太阳能光伏板，有效解决了太阳能光伏板透光率低的问题，增加光的利用率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的中空闭孔SiO2减反射膜的制备流程图；
图2为实施例1-2制备的中空闭孔SiO2减反射膜透光率曲线图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但所举实施例不作为对本发明的限定。
下述各实施例中所述实验方法和检测方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可在市场上购买得到。
实施例1-2选用帆船牌载玻片，载玻片尺寸25.4*76.2mm，厚度1.2mm，按照图1的制备流程，将载玻片切割成2.5cm*2.5cm的正方形小块，用去污粉充分洗涤载玻片，然后将载玻片分别置于去离子水和无水乙醇中超声清洗 10min进一步去除污染物，超声清洗的功率为100W，超声完毕后用去离子水清洗玻片，烘干备用。
实施例1
(1)将聚丙烯酸溶于氢氧化铵中，制得溶液Ⅰ；将溶液Ⅰ缓慢加至乙醇中，制得溶液Ⅱ；将正硅酸乙酯加至溶液Ⅱ，继续反应8h，制得碱性中空SiO2溶胶；将所述碱性中空SiO2溶胶室温静置除氨气12h，最终制得中空SiO2溶胶；
所述聚丙烯酸：氢氧化铵：正硅酸乙酯：乙醇摩尔比为1:74.8:3.8:14.4，所述中空SiO2溶胶中SiO2质量分数为2.07％；
(2)将正硅酸乙酯加至乙醇中并混合均匀，制得溶液Ⅲ；将盐酸催化剂与去离子水混合均匀并缓慢加至溶液Ⅲ中反应4h，pH为1，制得酸性硅溶胶；
正硅酸乙酯：盐酸：去离子水：乙醇的摩尔比为1:0.085:6.4:3.8；所述酸性硅溶胶中SiO2质量分数为2.34％；
(3)将中空SiO2溶胶和酸性硅溶胶按质量比为3:1混合均匀制得镀膜液；
(4)旋转镀膜：将清洗后的载玻片放置在旋涂仪的吸盘上，在旋涂速率 4000rpm、旋涂时间20s、室温条件下将步骤(3)制备的镀膜液沉积在载玻片上，将镀有减反射膜的载玻片置于室温下挥发溶剂15min，再将镀有减反射膜的载玻片置于450℃马弗炉中煅烧1.5h，制得厚度为140nm的减反射膜，命名为样品Ⅰ。
实施例2
(1)将聚丙烯酸溶于氢氧化铵中，制得溶液Ⅰ；将溶液Ⅰ缓慢加至乙醇中，制得溶液Ⅱ；将正硅酸乙酯加至溶液Ⅱ，继续反应10h，制得碱性中空SiO2溶胶；将所述碱性中空SiO2溶胶室温静置除氨气12h，最终制得中空SiO2溶胶；
所述聚丙烯酸：氢氧化铵：正硅酸乙酯：乙醇摩尔比为1:74.8:3.8:14.4，所述中空SiO2溶胶中SiO2质量分数为6.56％；
(2)将正硅酸乙酯加至乙醇中并混合均匀，制得溶液Ⅲ；将盐酸催化剂与去离子水混合均匀并缓慢加至溶液Ⅲ中反应6h，pH为1.5，制得酸性硅溶胶；
正硅酸乙酯：盐酸：去离子水：乙醇的摩尔比为1:0.085:6.4:3.8；所述酸性硅溶胶中SiO2质量分数为2.34％；
(3)将中空SiO2溶胶和酸性硅溶胶按质量比为3:1混合均匀制得镀膜液；
(4)旋转镀膜：将清洗后的载玻片放置在旋涂仪的吸盘上，在旋涂速率 6000rpm、旋涂时间10s、室温条件下将步骤(3)制备的镀膜液沉积在载玻片上，将镀有减反射膜的载玻片置于室温下挥发溶剂10min，再将镀有减反射膜的载玻片置于450℃马弗炉中煅烧1.5h，制得厚度为64nm的减反射膜，命名为样品Ⅱ。
以玻璃基质为对照组，检测实施例1-2所制得的减反射膜样品的透光率，结果如表1所示：
表1实施例1-2样品透光率结果
由图2以及表1数据可得，相对于对照组玻璃基质样品，利用旋涂工艺制备的减反射膜在可见光范围内的透光率较高，透光效果优势明显，另外利用旋涂工艺获得了密度较大的涂层，涂层厚度比较均匀，实现了对减反射膜厚度的精准控制，从而提高了减反射膜透光率的均一性，将本发明制备的减反射膜应用于太阳能光伏板，能够有效解决太阳能光伏板透光率低的问题，增加光的利用率。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种中空闭孔SiO2减反射膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将模板剂溶于碱性催化剂中，制得溶液Ⅰ；将溶液Ⅰ缓慢加至有机溶剂Ⅰ中，制得溶液Ⅱ；将二氧化硅前驱体Ⅰ加至溶液Ⅱ，反应8～10h，制得碱性中空SiO2溶胶，将所述碱性中空SiO2溶胶室温静置除氨气12h，最终制得中空SiO2溶胶；
所述模板剂：碱性催化剂：二氧化硅前驱体Ⅰ：有机溶剂Ⅰ的摩尔比为1:74.8:3.8:14.4，所述中空SiO2溶胶中SiO2质量分数为2.07％～6.56％；
(2)将二氧化硅前驱体Ⅱ加至有机溶剂Ⅱ中并混合均匀，制得溶液Ⅲ；将酸性催化剂与共催化剂混合均匀并缓慢加至溶液Ⅲ中反应4～6h，制得酸性硅溶胶；
二氧化硅前驱体Ⅱ：酸性催化剂：共催化剂：有机溶剂Ⅱ的摩尔比为1:0.085:6.4:3.8，所述酸性硅溶胶中SiO2质量分数为2.34％；
(3)将步骤(1)制得的中空SiO2溶胶和步骤(2)制得的酸性硅溶胶按质量比为3:1混合均匀，制得镀膜液；
(4)将清洗后的载玻片放置在旋涂仪的吸盘上，在旋涂速率为4000～6000rpm、旋涂时间为10～20s、室温条件下将步骤(3)制备的镀膜液沉积在载玻片上，将镀有镀膜液的载玻片置于室温下10～15min挥发溶剂，再将镀有镀膜液的载玻片置于450℃马弗炉中煅烧1.5h，制得厚度为64～140nm的减反射膜。
2.根据权利要求1所述的中空闭孔SiO2减反射膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中模板剂为聚丙烯酸、聚丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸丁酯、苯乙烯中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的中空闭孔SiO2减反射膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中碱性催化剂为氢氧化铵、氢氧化钠、乙二胺、三亚乙基四胺、3，3'-二氨基二丙胺、N，N，N'，N'-四甲基乙二胺中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的中空闭孔SiO2减反射膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中二氧化硅前驱体Ⅰ和步骤(2)中二氧化硅前驱体Ⅱ均为正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、正辛基三乙氧基硅烷、十八烷基三乙氧基硅烷中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的中空闭孔SiO2减反射膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中有机溶剂Ⅰ和步骤(2)中有机溶剂Ⅱ均为甲醇、乙醇、丙醇、正丁醇、异丙醇、丙酮中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的中空闭孔SiO2减反射膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中酸性催化剂为盐酸、醋酸中的一种或两种。
7.根据权利要求1所述的中空闭孔SiO2减反射膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中共催化剂为去离子水。
8.根据权利要求1-7中任意一项制备方法制得的减反射膜。
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