CN110611008B - 一种太阳能电池的增透涂层的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光学涂层与太阳能领域，具体涉及一种太阳能电池的增透涂层的制备方法。该方法包括以下步骤：（1）介孔二氧化硅纳米粒子的制备；（2）六甲基二硅氧烷改性介孔二氧化硅纳米粒子的制备；（3）改性的介孔二氧化硅纳米粒子与二氧化硅低聚物的混合悬浮液的制备；（4）将太阳能电池的受光面清洗干净，将混合悬浮液涂在受光面即可作为增透层提高太阳能电池效率。本发明的合成方法简单廉价，制备的增透涂层具有一定的疏水性，稳定性较好；能明显提高太阳能电池的转化效率。
Description
技术领域
本发明属于光学涂层制备技术和太阳能领域，具体涉及一种太阳能电池的增透涂层的制备方法。
背景技术
太阳能电池作为获取清洁能源的重要途径引起广泛的研究兴趣。虽然目前硅基太阳能电池是商业化程度最高的太阳能电池，但是近几年来有机太阳能电池和钙钛矿太阳能电池引起了广泛的研究兴趣。不同实验室的研究人员从不同的角度提高太阳能效率。
一方面是通过改善太阳能电池活性层来提高效率。通过溶剂退火，热基底等途径调控活性层形貌；有的也从分子设计入手，合成出新的受体或者给体。另一方面是通过对光管理提高太阳能电池的光吸收来提高短路电流，以此提高太阳能电池效率。通常是通过刻蚀，蒸镀或者电子溅射等方式制备出具备“蛾眼”结构的镀层，但是这种方式需要严格控制镀层的结构和纹路，而且有的需要昂贵的设备。
另外，通过溶液法制备出介孔二氧化硅纳米粒子作为增透层的材料也被广泛研究，但是传统的涂膜方式是提拉法成膜。而且有的直接用前驱体涂膜，之后需要煅烧除模板。这种方式极大的限制了增透膜在太阳能电池上的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种太阳能电池的增透涂层的制备方法，制备增透涂层涂料并涂覆在太阳能电池受光面上，通过提高透过率来提高太阳能电池效率。
为实现上述目的，采用技术方案如下：
一种太阳能电池的增透涂层的制备方法，包括如下步骤：
(1)制备介孔二氧化硅纳米粒子；
(2)制备六甲基二硅氧烷改性介孔二氧化硅纳米粒子；
(3)使六甲基二硅氧烷改性介孔二氧化硅纳米粒子悬浮液与二氧化硅低聚物混合，得到增透涂层涂料；
(4)将增透涂层涂料涂布在太阳能电池的受光面，形成增透涂层。
前述的制备方法，具体包括如下步骤：
S1取十六烷基三甲基溴化铵水溶液与三乙醇胺水溶液，混合后水浴加热到第一加热温度，再加入正硅酸四乙酯，得到第一混合溶液；第一混合溶液在第一反应温度下搅拌反应一段时间后停止搅拌并降至室温，加入一定量的絮凝剂，待介孔二氧化硅纳米粒子MSNs析出后离心收集；
S2将所得的介孔二氧化硅纳米粒子MSNs分散到去离子水中，得到分散的MSNs水相悬浮液；将由六甲基二硅氧烷、盐酸和异丙醇组成的溶液在第二加热温度下搅拌一定时间得到第二混合溶液，再把分散的MSNs水相悬浮液缓慢的倒入第二混合溶液中以形成第三混合溶液；第三混合溶液在第二反应温度下搅拌反应一定时间，停止反应后收集并清洗改性后的介孔二氧化硅纳米粒子HMDS-MSNs；
S3将所得到的改性后的介孔二氧化硅纳米粒子HMDS-MSNs分散至异丙醇中，制得HMDS-MSNs悬浮液；制备二氧化硅低聚物作为粘合剂，粘合剂由正硅酸四乙酯、异丙醇、盐酸的混合物搅拌制得；将制备的粘合剂与HMDS-MSNs悬浮液按照一定的体积比混合后制得增透涂层涂料；
S4将所得到的涂料通过旋涂的方式涂在太阳能电池玻璃基体的受光面，即增透涂层。
优选的，步骤S1中，第一混合溶液的反应时间为50～70min；步骤S1、S2中，搅拌速度分别为600～800rpm、800～1000rpm；步骤S1、S2中，第一加热温度、第一反应温度、第二加热温度、第二反应温度均为65～75℃；步骤S2中，一定时间指20-40min。
优选的，步骤S1中，十六烷基三甲基溴化铵的浓度为2.3-2.7wt％，三乙醇胺的浓度为9-11wt％，第一混合溶液中各组分比例为正硅酸四乙酯:十六烷基三甲基溴化铵:三乙醇胺:水＝1:0.2:0.074:156，所述的比例为摩尔比。
优选的，步骤S1中，加入的絮凝剂由盐酸和乙醇组成，盐酸和乙醇的体积比为0.089～0.11:1，絮凝剂的加入体积与第一混合溶液的体积比为1～1.2:1。
优选的，步骤S1合成出的MSNs和步骤S2改性后的HMDS-MSNs的粒径均为20～30nm；步骤S1和S2中，第一加热温度、第一反应温度、第二加热温度、第二反应温度均为70℃；步骤S1中，十六烷基三甲基溴化铵的浓度为2.5wt％，三乙醇胺的浓度为10wt％。
优选的，步骤S2中，所述的第三混合溶液中各组分摩尔比为二氧化硅:六甲基二硅氧烷:盐酸:异丙醇:水＝1:21～25:33:65:1083。
优选的，步骤S3中，二氧化硅低聚物由正硅酸四乙酯、异丙醇、盐酸的混合物在室温下搅拌制得，正硅酸四乙酯:异丙醇:盐酸＝1:58:0.1，比值为摩尔比；步骤S3中所述的粘合剂与HMDS-MSNs悬浮液的体积比为20～35:100；HMDS-MSNs悬浮液的浓度为1.7～2.5wt％。
优选的，步骤S4中所述的增透涂层厚度为90～130nm。
前述的制备方法制备得到的太阳能电池的增透涂层。
本发明通过用TEA作为催化剂，合成出稳定且单分散性好的的介孔二氧化硅纳米粒子悬浮液，并用六甲基二硅氧烷对介孔二氧化硅纳米粒子进行改性取代表面的羟基，所制备的增透膜具备一定的疏水性，并且在空气中长时间放置依然保持其增透效果，本发明采用独特的反应步骤、反应组分、参数、配比等，保证提高增透率和太阳能电池效率，相比现有技术取得了显著进步。
相对于现有技术，本发明的有益效果在于：
1)涂层制备方法简单；
2)成本低廉，无毒无害；
3)具有一定的疏水性；
4)稳定性较好；
5)能明显提高电池的转化效率。
附图说明
图1中展示了增透涂层在太阳能电池上应用的结构图；
图2中图(a)是MSNs和HMDS-MSNs的傅立叶转换红外光谱图；图(b)是MSNs和HMDS-MSNs的固态核磁硅谱图；图(c)是MSNs和HMDS-MSNs在异丙醇悬浮液的动态光散射图；图(d)是MSNs和HMDS-MSNs的氮气吸附-解吸等温曲线图；图(e)是MSNs和HMDS-MSNs的孔径分布图；图(f)是HMDS-MSNs的透射电镜图；
图3中图(a)和(b)分别是HMDS-MSNs与binder的混合悬浮液(体积比HMDS-MSNs：binder＝5:1)旋涂制得115nm厚的HMDS-MSNs膜的平面扫描电镜图和断面电镜图；图(c)是MSNs膜(悬浮液的体积比MSNs:binder＝5:1)的水接触角图；图(d)是HMDS-MSNs膜的水接触角图；
图4中图(a)是不同厚度的HMDS-MSNs膜涂在玻璃片上和纯玻璃片的透过率图；图(b)是HMDS-MSNs膜的水滴冲击试验，水滴从50cm高度滴下；
图5中膜厚分别为有105nm，115nm，120nm和没有HMDS-MSNs膜涂在PBDB-T:ITIC器件上的(a),(b)和(c)电流密度和(d),(e)和(f)外量子效率图；
图6中膜厚为115nm和没有HMDS-MSNs膜涂在PBDB-T-2F:BTP-4F器件上的(a)电流密度和(b)外量子效率图；
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合具体实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施案例。本领域技术人员可以对本发明做各种改动或修改，这些等价形式同样在本申请所列权利要求书限定范围之内。
本发明的制备方法主要包括如下步骤：(1)介孔二氧化硅纳米粒子的制备；(2)六甲基二硅氧烷改性介孔二氧化硅纳米粒子的制备；(3)改性的介孔二氧化硅纳米粒子与二氧化硅低聚物的混合悬浮液的制备；(4)将太阳能电池的受光面清洗干净，将混合悬浮液涂在受光面即可作为增透层提高太阳能电池效率。
六甲基二硅氧烷说明：
描述：硅烷化改性剂；
应用：用作硅油、硅橡胶、药品、气相色谱固定液体、分析试剂、憎水剂等；
纯度：99％
密度：0.762-0.770g/ml
折光率：1.3748
熔点：-59℃
沸点：99.5℃
闪点：-1℃。
实施例1
1)取15g的质量浓度为2.5wt％的十六烷基三甲基溴化铵水溶液与0.6g浓度为10wt％的三乙醇胺水溶液，混合后水浴加热到70℃，再将1.2mL的正硅酸四乙酯加入。所得混合溶液在70℃下搅拌反应1小时后停止搅拌并降至室温，加入14mL的絮凝剂(乙醇与37wt％的浓盐酸按体积比10:0.89混合而成)，待介孔二氧化硅纳米粒子析出后离心收集；
2)将所得的介孔二氧化硅纳米粒子分散到80mL去离子水中。将23.76mL的六甲基二硅氧烷，40mL5mol/L的盐酸，26.75mL的异丙醇溶液在70℃搅拌半小时，再把分散的介孔二氧化硅纳米粒子水相悬浮液缓慢的倒入混合溶液中。混合溶液在70℃下搅拌半小时，停止反应后将改性后的介孔二氧化硅纳米粒子通过离心收集，并用乙醇清洗两遍；
3)将所得到改性介孔二氧化硅纳米粒子超声分散到异丙醇中，制得质量浓度为2wt％的悬浮液。并制备二氧化硅低聚物作为粘合剂，将100μL正硅酸四乙酯，2mL异丙醇和50μL0.1mol/L的盐酸在室温下磁力搅拌2小时。将制备的粘合剂与改性后的介孔二氧化硅纳米粒子的悬浮液按照体积比HMDS-MSNs:binder＝5:1混合后超声制得增透涂层需要用的涂料；
4)将所得到的涂料通过旋涂的方式涂在玻璃基体的受光面，即增透膜。
如图2a所示，在红外光谱中782和1082cm-1两处有着明显的吸收峰，这分别是Si-O-Si的对称伸缩振动和不对称伸缩振动引起的，说明合成纳米粒子具备SiO2结构。介孔二氧化硅纳米粒子与改性的介孔二氧化硅纳米粒子的红外吸收光谱上都存在2966和2928cm-1出有吸收峰，这是由于-CH3中的C-H弯曲振动和伸缩振动引起的，这说明在二氧化硅纳米粒子中残留一些模板剂，同时从表1中可以看出硅烷化不仅发生在介孔二氧化硅纳米粒子的表面，还发生在介孔结构中，这并不影响改性后的介孔二氧化硅纳米粒子制备出低折射率的增透膜。从图2b中，可以看出在改性后的介孔二氧化硅纳米粒子的固态核磁谱上有一个明显的M1信号，这是由改性后接枝的三甲基硅烷基团引起的，这证明介孔二氧化硅纳米粒子成功地硅烷化。图2c证明改性后的介孔二氧化硅纳米粒子在异丙醇中的单分散性更好。图2d是N2等温吸附-解吸曲线，这种曲线是一种典型的第Ⅳ等温曲线，所以合成的纳米二氧化硅粒子具有介孔结构。从图2e孔径分布图可以看出纳米粒子的介孔孔径集中在2.5nm左右。从图2f的透射电镜图可以清晰地看出改性后的介孔二氧化硅纳米粒子的介孔结构。
表1 MSNs和HMDS-MSNs的孔参数
图3a和b分别是增透膜(115nm)的平面和断面扫描电子显微镜图，从图中可以看出改性介孔二氧化硅纳米粒子制备的增透膜连续性较好，粘合剂在粒子间分布。通过对比改性前后的二氧化硅纳米粒子膜的水接触角，可以看出改性介孔二氧化硅纳米粒子的增透膜具有较好的疏水性(图3c和d)。
图4a中可以看出105nm,115nm,120nm的改性介孔二氧化硅纳米粒子增透涂层涂能明显提高玻璃片的透过率。从图4b中可以看出经过长时间的水滴冲刷实验能保持很好的透过率。
实施例2
1)取15g的质量浓度为2.5wt％的十六烷基三甲基溴化铵水溶液与0.6g浓度为10wt％的三乙醇胺水溶液，混合后水浴加热到70℃，再将1.2mL的正硅酸四乙酯加入。所得混合溶液在70℃下搅拌反应1小时后停止搅拌并降至室温，加入14mL的絮凝剂(乙醇与37wt％的浓盐酸按体积比10:0.89混合而成)，待介孔二氧化硅纳米粒子析出后离心收集；
2)将所得的介孔二氧化硅纳米粒子分散到80mL去离子水中。将23.76mL的六甲基二硅氧烷，40mL5mol/L的盐酸，26.75mL的异丙醇溶液在70℃搅拌半小时，再把分散的介孔二氧化硅纳米粒子水相悬浮液缓慢的倒入混合溶液中。混合溶液在70℃下搅拌半小时，停止反应后将改性后的介孔二氧化硅纳米粒子通过离心收集，并用乙醇清洗两遍；
3)将所得到改性介孔二氧化硅纳米粒子超声分散到异丙醇中，制得质量浓度为2wt％的悬浮液。并制备二氧化硅低聚物作为粘合剂，将100μL正硅酸四乙酯，2mL异丙醇和50μL0.1mol/L的盐酸在室温下磁力搅拌2小时。将制备的粘合剂与改性后的介孔二氧化硅纳米粒子的悬浮液按照体积比HMDS-MSNs:binder＝5:1混合后超声制得增透涂层需要用的涂料；
4)制备PBDB-T:ITIC器件。将配置好的ZnO溶液旋涂在ITO玻璃上，在200℃的热台上退火30min后形成30nm的膜。然后在手套箱中的氮气氛围中旋涂PBDB-T:ITIC的活性层，PBDB-T:ITIC溶于氯苯中浓度为14mg/mL，厚度约为100nm，再在真空蒸镀机中依次镀上一层10nm的MoO3和100nm的Ag.
5)将所得到的涂料通过旋涂的方式涂在PBDB-T:ITIC器件的受光面形成不同厚度的增透膜。
如图5a,b和c所示，涂了增透膜的PBDB-T:ITIC器件的电流密度明显比没有增透膜的器件的大，这是由于有增透膜的器件在相同的光照条件下光到达活性层的强度比没有增透膜的大，所以活性层吸收强度增加，电流密度就大。涂增透膜之后的器件的外量子效率明显提高可以从图5d,e和f可以看出，这也是由于涂了增透层后活性层吸收强度增大引起的。而且从图中可以直观的看出三种膜厚的增透膜对PBDB-T:ITIC器件的效果基本一致。
涂有增透膜的PBDB-T:ITIC器件的转化效率和短路电流都有相应的增加，但是填充因子的变化可以忽略不计，开路电压保持不变，这说明转化率的提高只是由于短路电流的增大引起的。最高效率可以从9.68％到10.12％.平均效率可提高5％.每个器件有8个位点，每个位点的转化率和电流都有较为一致的提高，这说明通过旋涂能在器件的受光面形成均匀的增透膜。此种增透膜可以明显提高电池的效率，具有广泛的应用前景。
实施例3
1)取15g的质量浓度为2.5wt％的十六烷基三甲基溴化铵水溶液与0.6g浓度为10wt％的三乙醇胺水溶液，混合后水浴加热到70℃，再将1.2mL的正硅酸四乙酯加入。所得混合溶液在70℃下搅拌反应1小时后停止搅拌并降至室温，加入14mL的絮凝剂(乙醇与37wt％的浓盐酸按体积比10:0.89混合而成)，待介孔二氧化硅纳米粒子析出后离心收集；
2)将所得的介孔二氧化硅纳米粒子分散到80mL去离子水中。将23.76mL的六甲基二硅氧烷，40mL5mol/L的盐酸，26.75mL的异丙醇溶液在70℃搅拌半小时，再把分散的介孔二氧化硅纳米粒子水相悬浮液缓慢的倒入混合溶液中。混合溶液在70℃下搅拌半小时，停止反应后将改性后的介孔二氧化硅纳米粒子通过离心收集，并用乙醇清洗两遍；
3)将所得到改性介孔二氧化硅纳米粒子超声分散到异丙醇中，制得质量浓度为2wt％的悬浮液。并制备二氧化硅低聚物作为粘合剂，将100μL正硅酸四乙酯，2mL异丙醇和50μL0.1mol/L的盐酸在室温下磁力搅拌2小时。将制备的粘合剂与改性后的介孔二氧化硅纳米粒子的悬浮液按照体积比HMDS-MSNs:binder＝5:1混合后超声制得增透涂层需要用的涂料；
4)制备PBDB-T-2F:BTP-4F器件。将配置好的ZnO溶液旋涂在ITO玻璃上，在200℃的热台上退火30min后形成30nm的膜。然后在手套箱中的氮气氛围中旋涂PPBDB-T-2F:BTP-4F的活性层，PBDB-T-2F:BTP-4F溶于氯仿(含有0.5vol.％氯萘)中浓度为16mg/mL，厚度约为130nm，再在真空蒸镀机中依次镀上一层10nm的MoO3和100nm的Ag.
5)将所得到的涂料通过旋涂的方式涂在PBDB-T-2F:BTP-4F器件的受光面形成厚度为115nm的增透膜。
如图6a所示，涂了增透膜的PBDB-T-2F:BTP-4F器件的电流密度明显比没有增透膜的器件的大，这是由于有增透膜的器件在相同的光照条件下光到达活性层的强度比没有增透膜的大，所以活性层吸收强度增加，电流密度就大。涂增透膜之后的器件的外量子效率明显提高可以从图6b可以看出，这也是由于涂了增透层后活性层吸收强度增大引起的。
涂有增透膜的PBDB-T-2F:BTP-4F器件的转化效率和短路电流都有相应的增加，但是填充因子的变化可以忽略不计，开路电压保持不变，这说明转化率的提高只是由于短路电流的增大引起的。最高效率可以从15.38％到16.19％.平均效率可提高6.6％.每个器件有8个位点，每个位点的转化率和电流都有较为一致的提高，这说明通过旋涂能在器件的受光面形成均匀的增透膜。此种增透膜能显著提高器件的效率，具有广泛的应用前景。
以上显示描述了本发明的基本原理、主要特征以及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落进要求保护本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种太阳能电池的增透涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1取十六烷基三甲基溴化铵水溶液与三乙醇胺水溶液，混合后水浴加热到65～75 ℃，再加入正硅酸四乙酯，得到第一混合溶液；第一混合溶液中各组分比例为正硅酸四乙酯:十六烷基三甲基溴化铵: 三乙醇胺:水 = 1:0.2:0.074:156，所述的比例为摩尔比；第一混合溶液在65～75 ℃下搅拌反应50-70 min后停止搅拌并降至室温，加入絮凝剂，待介孔二氧化硅纳米粒子MSNs析出后离心收集；絮凝剂的加入体积与第一混合溶液的体积比为1～1.2:1；
S2将所得的介孔二氧化硅纳米粒子MSNs分散到去离子水中，得到分散的MSNs水相悬浮液；将由六甲基二硅氧烷、盐酸和异丙醇组成的溶液在65～75 ℃下搅拌20-40 min得到第二混合溶液，再把分散的MSNs水相悬浮液缓慢的倒入第二混合溶液中以形成第三混合溶液；所述的第三混合溶液中各组分摩尔比为二氧化硅: 六甲基二硅氧烷:盐酸:异丙醇:水= 1:21～25:33:65:1083；第三混合溶液在65～75 ℃下搅拌反应20-40 min，停止反应后收集并清洗改性后的介孔二氧化硅纳米粒子HMDS-MSNs；
S3将所得到的改性后的介孔二氧化硅纳米粒子HMDS-MSNs分散至异丙醇中，制得HMDS-MSNs悬浮液；制备二氧化硅低聚物作为粘合剂，粘合剂由正硅酸四乙酯、异丙醇、盐酸的混合物搅拌制得；将制备的粘合剂与HMDS-MSNs悬浮液混合后制得增透涂层涂料；所述的粘合剂与HMDS-MSNs悬浮液的体积比为20～35:100；
S4将所得到的涂料通过旋涂的方式涂在太阳能电池玻璃基体的受光面，即增透涂层。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1、S2中，搅拌速度分别为600～800 rpm、800～1000 rpm。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，十六烷基三甲基溴化铵的浓度为2.3-2.7 wt%，三乙醇胺的浓度为9-11 wt%。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述絮凝剂由盐酸和乙醇组成，盐酸和乙醇的体积比为0.089～0.11:1。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1合成出的MSNs和步骤S2改性后的HMDS-MSNs的粒径均为20～30 nm。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，十六烷基三甲基溴化铵的浓度为2.5 wt%，三乙醇胺的浓度为10 wt%。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，二氧化硅低聚物由正硅酸四乙酯、异丙醇、盐酸的混合物在室温下搅拌制得，正硅酸四乙酯:异丙醇:盐酸 = 1:58:0.1，比值为摩尔比。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，HMDS-MSNs悬浮液的浓度为1.7～2.5wt%。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S4中所述的增透涂层厚度为90～130 nm。
10.权利要求1-9任意一项所述的制备方法制备得到的太阳能电池的增透涂层。
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1842727A (zh) * | 2003-06-26 | 2006-10-04 | 日本瑞翁株式会社 | 光学层压膜、偏振片及光学制品 |
| JP2010120812A (ja) * | 2008-11-19 | 2010-06-03 | Panasonic Electric Works Co Ltd | メソポーラスシリカ微粒子の製造方法、メソポーラスシリカ微粒子分散液、メソポーラスシリカ微粒子含有組成物、及びメソポーラスシリカ微粒子含有成型物 |
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| CN107555811A (zh) * | 2017-09-15 | 2018-01-09 | 重庆市中光电显示技术有限公司 | 一种用于触摸屏的抗刮增透保护玻璃及其制备方法 |
Family Cites Families (4)
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| TWI339741B (en) * | 2003-06-26 | 2011-04-01 | Zeon Corp | Optical laminated film, polarizer and optical article |
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1842727A (zh) * | 2003-06-26 | 2006-10-04 | 日本瑞翁株式会社 | 光学层压膜、偏振片及光学制品 |
| JP2010120812A (ja) * | 2008-11-19 | 2010-06-03 | Panasonic Electric Works Co Ltd | メソポーラスシリカ微粒子の製造方法、メソポーラスシリカ微粒子分散液、メソポーラスシリカ微粒子含有組成物、及びメソポーラスシリカ微粒子含有成型物 |
| CN106587078A (zh) * | 2016-12-19 | 2017-04-26 | 湖北工业大学 | 一种介孔二氧化硅纳米粒子的制备方法 |
| CN107555811A (zh) * | 2017-09-15 | 2018-01-09 | 重庆市中光电显示技术有限公司 | 一种用于触摸屏的抗刮增透保护玻璃及其制备方法 |
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