CN115231830B - 一种二氧化硅/稀土焦硅酸盐复合材料及其在抗紫外玻璃中的应用 - Google Patents

一种二氧化硅/稀土焦硅酸盐复合材料及其在抗紫外玻璃中的应用 Download PDF

Info

Publication number
CN115231830B
CN115231830B CN202210822167.0A CN202210822167A CN115231830B CN 115231830 B CN115231830 B CN 115231830B CN 202210822167 A CN202210822167 A CN 202210822167A CN 115231830 B CN115231830 B CN 115231830B
Authority
CN
China
Prior art keywords
rare earth
ultraviolet
composite material
silicon dioxide
pyrosilicate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210822167.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115231830A (zh
Inventor
钟玖平
江奕明
黄馨奕
胡斯琨
钟幸原
陈光华
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangdong Guanghua Yongsheng Technology Co ltd
Sun Yat Sen University
Original Assignee
Guangdong Guanghua Yongsheng Technology Co ltd
Sun Yat Sen University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangdong Guanghua Yongsheng Technology Co ltd, Sun Yat Sen University filed Critical Guangdong Guanghua Yongsheng Technology Co ltd
Priority to CN202210822167.0A priority Critical patent/CN115231830B/zh
Publication of CN115231830A publication Critical patent/CN115231830A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115231830B publication Critical patent/CN115231830B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C17/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
    • C03C17/22—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with other inorganic material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/113—Silicon oxides; Hydrates thereof
    • C01B33/12—Silica; Hydrates thereof, e.g. lepidoic silicic acid
    • C01B33/18—Preparation of finely divided silica neither in sol nor in gel form; After-treatment thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/20—Silicates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C17/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
    • C03C17/001—General methods for coating; Devices therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C17/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
    • C03C17/006—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with materials of composite character
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/80—Particles consisting of a mixture of two or more inorganic phases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C2217/00—Coatings on glass
    • C03C2217/40—Coatings comprising at least one inhomogeneous layer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C2217/00—Coatings on glass
    • C03C2217/70—Properties of coatings
    • C03C2217/74—UV-absorbing coatings
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C2218/00—Methods for coating glass
    • C03C2218/10—Deposition methods
    • C03C2218/11—Deposition methods from solutions or suspensions
    • C03C2218/119—Deposition methods from solutions or suspensions by printing

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)

Abstract

本发明公开了一种二氧化硅/稀土焦硅酸盐复合材料及其在抗紫外玻璃中的应用。所述二氧化硅/稀土焦硅酸盐复合材料为核壳结构，外壳为二氧化硅壳层，内核为稀土元素掺杂的稀土焦硅酸盐；所述二氧化硅/稀土焦硅酸盐复合材料的化学式为α‑Y2‑x‑yCexSmySi2O7@SiO2；其中，x的取值范围为0.01～0.15，y的取值范围为0.01～0.15。所述二氧化硅/稀土焦硅酸盐复合材料具有良好的紫外线吸收性能，能够将紫外光转化为可见光，消除积聚在涂层表面的热效应，进而提高了负载基底的抗紫外线能力和吸收波段范围，且该材料安全、环保、无毒、无污染。

Description

一种二氧化硅/稀土焦硅酸盐复合材料及其在抗紫外玻璃中 的应用
技术领域
本发明属于抗紫外材料的技术领域。更具体地，涉及一种二氧化硅/稀土焦硅酸盐复合材料及其在抗紫外玻璃中的应用。
背景技术
紫外线是指波长为200～400纳米的电磁辐射。根据其波长的不同可以将其分为UVA段(315～400纳米)、UVB段(280～315纳米)和UVC段(200～280纳米)。当阳光穿过大气层时，所有的UVC段和90％的UVB段都被臭氧和氧气所阻拦，然而大气对UVA段紫外线的吸收作用却微乎其微，因此最终UVA段和小部分的UVB段紫外线会到达地面。大气层中臭氧层的存在致使地球不会受到过多的紫外线照射。然而随着环境的恶化，臭氧层的含量正在逐年减少，并导致臭氧层空洞的形成，南极的臭氧层空洞中臭氧总含量甚至低于地球平均值的百分之三十，而北半球的臭氧含量也正在逐年减少，臭氧最稀薄处仅达到100布森(张贺，广海军.资源节约与环保，2020，5:2)。由于臭氧含量的降低，人们现在正在遭受着紫外线增强所带来的不良影响。
由于紫外线的能量较高，如果使用普通的建筑玻璃和汽车玻璃，不能阻挡紫外线照射。以西藏为例，其年均太阳能辐射高达6000-8000MJ/m2，如此高的太阳能辐射会带来高强度的紫外线强度，因此，人们会通过白天关闭门窗打开日光灯照明，打开空调降温等行为进行室内活动，因而会造成能源消耗。
据统计建筑物消耗了全球百分之四十的能源，窗户作为房屋中能源利用率最低的部件，其能源损失高达60％(Wang et al.,Science,2021,374:1501-1504)，因此在室内防控紫外线也成为了十分重要的研究课题。除此之外，在车载环境下，由于汽车需要长时间在户外暴晒，如果能够有一种较好的抗紫外材料使用在汽车玻璃的表面涂层中，那么就可以使汽车中的乘客免于受到紫外线的危害，同时减少空调的使用降低能耗。因此对紫外线进行有效的防控，将减少能源消耗，促进“双碳目标”的实现。
我们现今所使用的抗紫外材料主要为有机抗紫外材料和无机抗紫外材料，其中无机抗紫外材料主要有氧化锌和纳米二氧化钛，它们的防控能力强，化学性质稳定，但是近些年随着氧化锌和二氧化钛的使用频率增加，它们的一些安全隐患也逐渐暴露。氧化锌的使用量过大，就会以不同的形式进入到环境和生物体内产生负作用。有研究者发现，口服300mg/kg纳米氧化锌会提高丙氨酸转氨酶和碱性磷酸酶的血清水平，并引起肝脏病理病变。同时该研究显示，在口服5g/kg体重的纳米氧化锌后小鼠血HGB和红细胞压积显著降低，红细胞分布宽度显著增加、说明在氧化锌浓度达到一定程度时很可能会导致贫血(SharmaV,Singh P,Pandey A K,et al.Mutation research/genetic toxicology&environmentalmutagenesis,2012,745:84-91.)。二氧化钛因为存在潜在危害，在防晒护肤领域已经被部分欧洲国家禁止使用。而有机抗紫外材料虽然抗紫外效果可以，但是防控的紫外波段单一，且受到阳光照射后易分解。因此，研发一种具有良好紫外吸收性能且对环境友好的抗紫外线材料具有较好的应用前景。
发明内容
针对上述现有的技术问题，本发明的首要目的在于提供一种二氧化硅/稀土焦硅酸盐复合材料，所述二氧化硅/稀土焦硅酸盐复合材料具有良好的紫外线吸收性能，能够将紫外光转化为可见光，消除积聚在材料表面的热效应，具有优异的抗紫外线能力，且所述复合材料安全、环保、无毒、无污染。
本发明的另一目的在于提供一种抗紫外涂层材料。
本发明的第三个目的在于提供一种抗紫外涂层。
本发明的第四个目的在于提供上述二氧化硅/稀土焦硅酸盐复合材料或上述抗紫外涂层在吸收紫外光或提高紫外吸收波段中的应用。
为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案予以实现的：
一种二氧化硅/稀土焦硅酸盐复合材料，所述二氧化硅/稀土焦硅酸盐复合材料为核壳结构，外壳为二氧化硅壳层，内核为稀土元素掺杂的稀土焦硅酸盐；所述二氧化硅/稀土焦硅酸盐复合材料的化学式为α-Y2-x-yCexSmySi2O7@SiO2；其中，x的取值范围为0.01～0.15，y的取值范围为0.01～0.15。
发明人在探索、优化所述二氧化硅/稀土焦硅酸盐复合材料抗紫外性能的过程中发现，通过掺杂一些稀土元素，利用稀土元素特殊的4f-5d跃迁和4f-4f跃迁和能量传递效应，可以影响或改善所述二氧化硅/稀土焦硅酸盐复合材料的紫外吸收性能。当所述二氧化硅/稀土焦硅酸盐复合材料中共掺杂稀土离子Ce3+和Sm3+时，其能够提升所述复合材料的紫外吸收性能及增大负载基底的紫外吸收波段，这是由于Ce3+离子的敏化作用可以减少Sm3+离子之间的交叉弛豫作用，进而提升了Sm3+离子的吸收效率所致，且两者不存在发光猝灭现象。
更进一步地，发明人发现，所述二氧化硅/稀土焦硅酸盐复合材料中掺杂的稀土离子Ce3+和Sm3+的浓度也会影响所制备的复合材料的紫外吸收性能及紫外吸收波段，当稀土离子Ce3+和Sm3+的浓度过大时，会降低所述复合材料的紫外吸收性能。而稀土离子Ce3+和Sm3+的浓度较小时，则会导致所述复合材料的紫外吸收性能不足。发明人发现，在Ce3+和Sm3+各自取值范围分别为0.01～0.15范围时，所述二氧化硅/稀土焦硅酸盐复合材料具有优异的紫外吸收性能。
因此，本发明共掺杂了稀土离子Ce3+和Sm3+的二氧化硅/稀土焦硅酸盐复合材料能够高效地吸收紫外光，并通过能量传递过程将紫外光转化为可见光，消除了热效应，从而具有良好的抗紫外线性能。此外，所述复合材料所采用的原料为二氧化硅和具有高丰度的稀土元素钇，具有安全、环保、无毒、价格便宜等优点。
优选地，所述二氧化硅/稀土焦硅酸盐复合材料中，x的取值范围为0.01～0.07，y的取值范围为0.03～0.05。此取值范围内的二氧化硅/稀土焦硅酸盐复合材料具有更优异的能量传递效果。
优选地，所述二氧化硅/稀土焦硅酸盐复合材料的制备方法为：首先采用共沉淀法制备得到一种稀土离子Ce3+和Sm3+掺杂的稀土碱式碳酸盐，所述稀土碱式碳酸盐超声分散，加入去离子水和氨水，滴加正硅酸乙酯，最后经退火处理得到所述二氧化硅/稀土焦硅酸盐复合材料；所述正硅酸乙酯和稀土碱式碳酸盐的质量比为(2～3)：1。
作为一种可选择的具体实施方式，所述二氧化硅/稀土焦硅酸盐复合材料的制备方法包括以下步骤：
(1)去离子水中加入醋酸钇溶液、醋酸铈溶液和醋酸钐溶液混合，加入CO(NH2)2并在50～90℃下加热搅拌6～12小时，冷却、离心、洗涤、干燥得到稀土离子掺杂分散的稀土碱式碳酸盐；
(2)步骤(1)中的稀土碱式碳酸盐加入乙醇中超声分散，加入去离子水，然后滴加氨水加热搅拌，最后滴加正硅酸乙酯，在20～40℃下加热反应11～16小时，反应物经过离心、洗涤、干燥得到核壳结构前驱体；
(3)所述核壳结构前驱体研磨均匀，经950～1050℃退火处理，升温速率为每分钟1～5℃，保温12～20小时，研磨即得所述二氧化硅/稀土焦硅酸盐复合材料。
此外，本发明还提供了一种抗紫外涂层材料，所述抗紫外涂层材料包括：所述二氧化硅/稀土焦硅酸盐复合材料以及有机浆料。
进一步地，所述有机浆料包括二乙二醇丁醚醋酸酯、乙基纤维素和松油醇；所述二乙二醇丁醚醋酸酯、乙基纤维素和松油醇的用量比为1.0～2.0克：0.5～1.5克：5～15毫升。最优选地，所述二乙二醇丁醚醋酸酯、乙基纤维素和松油醇的用量比为1.5克：1.0克：10毫升。
基于上述抗紫外涂层材料，本发明还提供了一种抗紫外涂层，将所述二氧化硅/稀土焦硅酸盐复合材料和有机浆料混合均匀后，通过丝网印刷法印刷在玻璃基底表面，即得所述抗紫外涂层。
优选地，所述抗紫外涂层的厚度为10～40微米。从实际应用的角度而言，为了达到上述涂层厚度范围，在进行丝网印刷时，通常需要印刷的次数多于2次。
进一步优选地，所述抗紫外涂层的厚度为19～30微米。从实际应用的角度而言，为了达到上述的涂层厚度范围，在进行丝网印刷时，通常需要印刷的次数为4～6次。
此外，本发明还保护以下内容：
进一步地，本发明还保护所述二氧化硅/稀土焦硅酸盐复合材料或所述抗紫外涂层在吸收紫外光或提高紫外吸收波段中的应用。
进一步地，所述二氧化硅/稀土焦硅酸盐复合材料或所述抗紫外涂层在制备抗紫外玻璃中的应用，也应当在本发明的保护范围之内。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明提供一种二氧化硅/稀土焦硅酸盐复合材料，所述复合材料具有良好的紫外吸收性能，通过特定稀土离子的多种能级跃迁，使得所述复合材料在紫外波段的吸收可调控，并通过能量传递作用将紫外光转化为可见光，消除积聚在涂层表面的热效应，进而提高了负载基底的抗紫外线能力和扩大了紫外吸收波段范围，且该材料安全、环保、无毒、无污染。
(2)本发明还提供了一种抗紫外涂层，采用丝网印刷法将二氧化硅/稀土焦硅酸盐复合材料与有机浆料混合均匀后，印刷在玻璃基底上，使涂层和玻璃基底较好地复合，进而使玻璃基底具有良好的抗紫外特性。
(3)本发明通过优化涂层的厚度和印刷次数，不仅提高了抗紫外涂层的平整性，还能够调控负载基底的吸收波段和提高吸收强度。
附图说明
图1为实施例1制备获得的复合材料与标准卡对比的XRD图。
图2为实施例1制备获得的复合材料的TEM图。
图3为对比例1～3制备获得的复合材料的漫反射光谱图。
图4为实施例4、对比例2、对比例4和对比例5制备获得的复合材料的紫外吸收光谱图。
图5为石英基底和实施例6制备的石英基底负载α-Y1.94Ce0.01Sm0.05Si2O7@SiO2抗紫外涂层的紫外可见吸收光谱图。
图6为石英基底和实施例6制备的石英基底负载α-Y1.94Ce0.01Sm0.05Si2O7@SiO2抗紫外涂层的高度归一化紫外可见吸收光谱图。
图7为实施例6制备的石英基底负载α-Y1.94Ce0.01Sm0.05Si2O7@SiO2抗紫外涂层扣除石英基底强度后的紫外吸收光谱图。
图8为实施例6制备的石英基底负载α-Y1.94Ce0.01Sm0.05Si2O7@SiO2抗紫外涂层的扫描电镜图。
图9为实施例6～8制备的石英基底负载α-Y1.94Ce0.01Sm0.05Si2O7@SiO2抗紫外涂层的紫外可见吸收光谱图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。
实施例1α-Y1.94Ce0.01Sm0.05Si2O7@SiO2复合材料的制备
(1)向100mL去离子水中加入9.70mL的浓度为0.1mol/L的醋酸钇溶液，0.25mL的浓度为0.02mol/L的醋酸铈溶液和1.25mL的浓度为0.02mol/L的醋酸钐溶液。之后，向溶液中添加3.0g CO(NH2)2，并将混合溶液放置于加热搅拌器上，设置温度为80℃，边加热边搅拌7小时，冷却得到的沉淀物经过离心分离后再洗涤4～5次。最后，将白色粉末置于75℃干燥箱内烘干得到Ce3+和Sm3+共掺杂的稀土碱式碳酸盐Y(OH)CO3:Ce3+,Sm3+。
(2)再将0.0560g的上述稀土碱式碳酸盐超声分散于50mL乙醇中，再向体系中加入10mLH2O。然后，边搅拌边滴加2mL的氨水NH3·H2O作为反应催化剂。随后，将混合溶液置于加热搅拌器上，设置加热温度为35℃，并缓慢滴加0.14mL正硅酸乙酯(TEOS)。最后，混合物经过35℃加热搅拌12小时后得到白色沉淀物，经离心洗涤4～5次并置于75℃干燥箱烘干后得到白色前驱体粉末Y(OH)CO3:Ce3+,Sm3+@SiO2。
(3)烘干之后将前驱体粉末Y(OH)CO3:Ce3+,Sm3+@SiO2置于刚玉坩埚中，将坩埚放入马弗炉中，将退火温度设置在970-1050℃之间，升温速率为2℃/分钟，保温时间在14小时。最后，冷却至室温，将得到的样品置于玛瑙研钵中研磨后封装在样品管中，即得二氧化硅/稀土焦硅酸盐复合材料，其具体化学式为α-Y1.94Ce0.01Sm0.05Si2O7@SiO2。
实施例2α-Y1.92 Ce0.01Sm0.07Si2O7@SiO2复合材料的制备
本实施例与实施例1的区别在于：所述醋酸钇溶液的用量为9.60mL；所述醋酸钐溶液的用量为1.75mL。
实施例3α-Y1.84 Ce0.01Sm0.15Si2O7@SiO2复合材料的制备
本实施例与实施例1的区别在于：所述醋酸钇溶液的用量为9.20mL；所述醋酸钐溶液的用量为3.75mL。
实施例4α-Y1.98Ce0.01Sm0.01Si2O7@SiO2复合材料的制备
本实施例与实施例1的区别在于：所述醋酸钇溶液的用量为9.90mL；所述醋酸钐溶液的用量为0.25mL。
实施例5α-Y1.84Ce0.15Sm0.01Si2O7@SiO2复合材料的制备
本实施例与实施例1的区别在于：所述醋酸钇溶液的用量为9.20mL；所述醋酸钐溶液的用量为0.25mL；所述醋酸铈溶液的用量为3.75mL。
实施例6石英基底负载α-Y1.94Ce0.01Sm0.05Si2O7@SiO2制备抗紫外涂层
称取1.5g二乙二醇丁醚醋酸酯、1.0g乙基纤维素和10ml松油醇于烧瓶中，在80℃、600转/分钟的条件下混合搅拌10小时，制备获得有机浆料。之后取一定量实施例1制备获得的二氧化硅/稀土焦硅酸盐复合材料和上述有机浆料于玛瑙研钵中研磨，使二氧化硅/稀土焦硅酸盐复合材料与有机浆料充分混合均匀即可，将研磨均匀的浆料印刷至洗净的石英基片表面，将石英基片样品放置于80℃的加热板上进行干燥，重复印刷4次后将石英基片样品在800℃下蒸发溶剂，即得石英基底负载的α-Y1.94Ce0.01Sm0.05Si2O7@SiO2抗紫外涂层。
实施例7
本实施例与实施例6的区别在于：将样品进行干燥后，重复印刷2次。
实施例8
本实施例与实施例6的区别在于：将样品进行干燥后，重复印刷6次。
对比例1α-Y1.99Eu0.01Si2O7@SiO2复合材料的制备
本对比例和实施例1的区别在于：向100mL去离子水中加入9.95mL的0.1mol/L的醋酸钇溶液和0.25mL的0.02mol/L的醋酸铕溶液。
对比例2α-Y1.99 Ce0.01Si2O7@SiO2复合材料的制备
本对比例与实施例1的区别在于：向100ml去离子水中加入9.95mL的0.1mol/L的醋酸钇溶液和0.25mL的0.02mol/L的醋酸铈溶液。
对比例3α-Y1.98Ce0.01Eu0.01Si2O7@SiO2复合材料的制备
本对比例和实施例1的区别在于：向100ml去离子水中加入9.90mL的0.1mol/L的醋酸钇溶液，0.25mL的0.02mol/L的醋酸铈溶液和0.25mL的0.02mol/L的醋酸铕溶液。
对比例4α-Y1.99Sm0.01Si2O7复合材料的制备
本对比例和实施例1的区别在于：向100ml去离子水中加入9.95mL的0.1mol/L的醋酸钇溶液和和0.25mL的0.02mol/L的醋酸钐溶液。
对比例5α-Y2Si2O7复合材料的制备
本对比例和实施例1的区别在于：向100ml去离子水中加入10mL的0.1mol/L的醋酸钇溶液。
对比例6旋涂法制备石英基底负载的α-Y1.94 Ce0.01Sm0.05Si2O7@SiO2涂层
取0.0300g实施例1制备好的α-Y1.94Ce0.01Sm0.05Si2O7@SiO2复合材料于2ml乙醇中，加入少量的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)，超声后使样品保持悬浊液状态，向载玻片上滴加悬浊液，设置旋涂机转速为600转/分钟，保持10秒，再调整转速为3000转/分钟，保持30秒，完成后在80℃加热板上干燥7分钟，重复旋涂过程7次，制备成薄膜样品。
实验例
1、复合材料物相表征与不同稀土离子掺杂的复合材料的抗紫外线性能测试
(1)图1为实施例1制备获得的二氧化硅/稀土焦硅酸盐复合材料与标准卡对比的XRD图，由图1可知，复合材料的XRD图谱与标准卡PDF#38-0223α-Y2Si2O7主要衍射峰一致。图2为实施例1制备获得的二氧化硅/稀土焦硅酸盐复合材料的TEM图，由图2可知，实施例1制备获得的二氧化硅/稀土焦硅酸盐复合材料具有清晰明显的核壳结构，为核壳结构粒子。
(2)将实施例4、对比例1～5制备得到的样品分别放入一台Cary5000紫外可见分光光度仪中，以硫酸钡作为基线，测试其漫反射光谱。
图3为对比例1～3制备获得的复合材料的漫反射光谱图，由图3可知，对比例1中单掺杂了Eu3+离子的复合材料的反射率较高，表明单掺杂Eu3+离子没有明显提高α-Y2Si2O7基底的紫外吸收能力，不能明显增强α-Y2Si2O7基底的抗紫外线能力。而对比例2中单掺杂Ce3+离子和对比例3共掺杂Ce3+和Eu3+离子后的复合材料的对紫外线吸收能力有明显提升。
图4为实施例4、对比例2、对比例4和对比例5制备获得的复合材料的漫反射光谱转换得到的紫外吸收光谱图。从图4中我们可以看出，对比例4中单掺杂Sm3+也没有明显提高α-Y2Si2O7基底的紫外吸收能力，但实施例4中共掺杂Sm3+和Ce3+离子的复合材料对紫外吸收能力提升较大，且超过了对比例2中单掺杂Ce3+离子的复合材料的紫外吸收能力，因此共掺杂了Ce3+和Sm3+离子的复合材料更适合被应用于抗紫外涂层使用。
2、石英基底负载α-Y1.94Ce0.01Sm0.05Si2O7@SiO2抗紫外涂层的紫外吸收实验
将石英基底和实施例6制备得到的样品分别放入一台Cary5000紫外可见分光光度仪中，以不加任何样品为基线，测试其紫外吸收光谱。
图5为石英基底和实施例6制备获得的石英基底负载的α-Y1.94Ce0.01Sm0.05Si2O7@SiO2抗紫外涂层的紫外可见吸收光谱图。图中表明，实施例6制备获得的抗紫外涂层的紫外吸收强度较石英基底而言具有明显的提升。
图6为石英基底和实施例6制备获得的石英基底负载的α-Y1.94Ce0.01Sm0.05Si2O7@SiO2抗紫外涂层的高度归一化紫外可见吸收光谱图。图中表明，石英基底负载了抗紫外涂层后，其吸收波段明显被拓宽，其吸收区间为200-400nm，表明石英基底负载了抗紫外涂层后，扩大了石英玻璃的紫外吸收区间。
图7为实施例6制备的抗紫外涂层扣除石英基底强度后的紫外吸收光谱图。因石英基底本身有一定的紫外吸收能力，扣除基底的吸收强度可以更清晰地观察到抗紫外涂层对玻璃吸收强度的提升和吸收区间的影响。从图中我们可以进一步地确定石英基底负载抗紫外涂层样品相较于石英基底而言，具有更强的抗紫外线能力和更宽广的紫外吸收波段。
3、石英基底负载的α-Y1.94Ce0.01Sm0.05Si2O7@SiO2抗紫外涂层厚度测试
使用一台离子溅射镀膜仪对实施例6～8的抗紫外涂层进行喷金处理，之后使用一台日立的regulus8230高分辨冷场发射扫描电子显微镜对样品的膜层厚度进行测量。
图8为实施例6制备的抗紫外涂层样品的扫描电镜图。可以看出复合材料涂层的膜层厚度约为19.1微米，整体膜层较平整。此外，实施例7制备的抗紫外涂层样品的膜层厚度约为10微米；实施例8制备的抗紫外涂层样品厚度约为30微米。
4、不同印刷次数下，石英基底负载的α-Y1.94Ce0.01Sm0.05Si2O7@SiO2抗紫外涂层的紫外吸收实验
图9为实施例6～8制备获得的抗紫外涂层的紫外可见吸收光谱图，从图中可以看出，在印刷两次后抗紫外涂层的吸收波段就已经出现了明显的拓宽，而增加膜层厚度后抗紫外涂层的吸收强度也随之提升，同时抗紫外涂层所能覆盖的吸收波段范围也有进一步的拓宽。
前述的实例仅是说明性的，用于解释本发明所述方法的一些特征。所附的权利要求旨在要求可以设想的尽可能广的范围，且本文所呈现的实施例为申请人真实试验结果加以论证。因此，申请人的用意是所附的权利要求不被说明本发明的特征的示例的选择限制。在权利要求中所用的一些数值范围也包括了在其之内的子范围，这些范围中的变化也应在可能的情况下解释为被所附的权利要求覆盖。

Claims (9)

1.一种二氧化硅/稀土焦硅酸盐复合材料，其特征在于，所述二氧化硅/稀土焦硅酸盐复合材料为核壳结构，外壳为二氧化硅壳层，内核为稀土元素掺杂的稀土焦硅酸盐；所述二氧化硅/稀土焦硅酸盐复合材料的化学式为α-Y2-x-yCexSmySi2O7@SiO2；其中，x的取值范围为0.01～0.07，y的取值范围为0.01～0.05。
2.根据权利要求1所述的二氧化硅/稀土焦硅酸盐复合材料，其特征在于，所述二氧化硅/稀土焦硅酸盐复合材料的制备方法为：
（1）去离子水中加入醋酸钇溶液、醋酸铈溶液和醋酸钐溶液混合，加入CO(NH2)2并在50～90℃下加热搅拌6～12小时，冷却、离心、洗涤、干燥得到稀土离子掺杂分散的稀土碱式碳酸盐；
（2）步骤（1）中的稀土碱式碳酸盐加入乙醇中超声分散，加入去离子水，然后滴加氨水加热搅拌，最后滴加正硅酸乙酯，在20～40℃下加热反应11～16小时，反应物经过离心、洗涤、干燥得到核壳结构前驱体；
（3）所述核壳结构前驱体研磨均匀，经950～1050℃退火处理，升温速率为每分钟1～5℃，保温12～20小时，研磨即得所述二氧化硅/稀土焦硅酸盐复合材料。
3.一种抗紫外涂层材料，其特征在于，包括：权利要求1～2任一所述的二氧化硅/稀土焦硅酸盐复合材料；以及有机浆料。
4.根据权利要求3所述的抗紫外涂层材料，其特征在于，所述有机浆料包括二乙二醇丁醚醋酸酯、乙基纤维素和松油醇；所述二乙二醇丁醚醋酸酯、乙基纤维素和松油醇的用量比为1.0～2.0克：0.5～1.5克：5～15毫升。
5.一种抗紫外涂层，其特征在于，将权利要求1～2任一所述的二氧化硅/稀土焦硅酸盐复合材料和有机浆料混合均匀后，通过丝网印刷法印刷在玻璃基底表面，即得所述抗紫外涂层。
6.根据权利要求5所述的抗紫外涂层，其特征在于，所述抗紫外涂层的厚度为10～40微米。
7.根据权利要求6所述的抗紫外涂层，其特征在于，所述抗紫外涂层的厚度为19～30微米。
8.权利要求1～2任一所述的二氧化硅/稀土焦硅酸盐复合材料或权利要求5～7任一所述的抗紫外涂层在吸收紫外光或拓宽紫外吸收波段中的应用。
9.权利要求1～2任一所述的二氧化硅/稀土焦硅酸盐复合材料或权利要求5～7任一所述的抗紫外涂层在制备抗紫外玻璃中的应用。
CN202210822167.0A 2022-07-13 2022-07-13 一种二氧化硅/稀土焦硅酸盐复合材料及其在抗紫外玻璃中的应用 Active CN115231830B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210822167.0A CN115231830B (zh) 2022-07-13 2022-07-13 一种二氧化硅/稀土焦硅酸盐复合材料及其在抗紫外玻璃中的应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210822167.0A CN115231830B (zh) 2022-07-13 2022-07-13 一种二氧化硅/稀土焦硅酸盐复合材料及其在抗紫外玻璃中的应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115231830A CN115231830A (zh) 2022-10-25
CN115231830B true CN115231830B (zh) 2023-09-26

Family

ID=83674400

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210822167.0A Active CN115231830B (zh) 2022-07-13 2022-07-13 一种二氧化硅/稀土焦硅酸盐复合材料及其在抗紫外玻璃中的应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115231830B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116285981B (zh) * 2023-04-04 2024-01-26 昆明理工大学 一种氯化物钙钛矿晶体及其在木材修饰中的应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103249805A (zh) * 2010-11-16 2013-08-14 圣戈班晶体及检测公司 包含掺杂稀土硅酸盐的发光材料
CN109020543A (zh) * 2018-09-28 2018-12-18 浙江梵彼斯特轻纺发展有限公司 一种铈掺杂焦硅酸镥钪闪烁陶瓷及其制备方法
CN111139061A (zh) * 2019-12-31 2020-05-12 中山大学 一种稀土焦硅酸盐纳米闪烁体的制备方法及其应用
CN112618390A (zh) * 2020-11-26 2021-04-09 中山大学 一种二氧化硅/稀土氧化物光转换复合材料及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103249805A (zh) * 2010-11-16 2013-08-14 圣戈班晶体及检测公司 包含掺杂稀土硅酸盐的发光材料
CN109020543A (zh) * 2018-09-28 2018-12-18 浙江梵彼斯特轻纺发展有限公司 一种铈掺杂焦硅酸镥钪闪烁陶瓷及其制备方法
CN111139061A (zh) * 2019-12-31 2020-05-12 中山大学 一种稀土焦硅酸盐纳米闪烁体的制备方法及其应用
CN112618390A (zh) * 2020-11-26 2021-04-09 中山大学 一种二氧化硅/稀土氧化物光转换复合材料及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN115231830A (zh) 2022-10-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105854906B (zh) BiOCl-TiO2/硅藻土光催化剂及其制备方法
EP2944620A1 (en) Silica glass member for wavelength conversion, and production method therefor
CN105199617B (zh) 一种防紫外玻璃贴膜及其制备方法
KR100965105B1 (ko) 졸-겔 방법을 이용한 광촉매용 이산화티타늄 축광체복합소재 제조방법
CN108483934B (zh) 一种钨青铜/二氧化硅凝胶隔热功能材料及其制备方法
CN115231830B (zh) 一种二氧化硅/稀土焦硅酸盐复合材料及其在抗紫外玻璃中的应用
CN103436111A (zh) 一种基于ZnO量子点的水性紫外屏蔽涂料的制备方法
CN117567894B (zh) 一种高发射稀土基辐射制冷涂料
CN106167657A (zh) 一种水性玻璃透明反射隔热涂料及其制备方法
CN106366892B (zh) 一种耐刮型户外粉末涂料
CN104495928A (zh) 一种二氧化钒/氧化锌纳米复合粉体的制备方法
CN108927140B (zh) 一种具有上转换单红光发射和光催化双功能特性的稀土掺杂钒酸铋材料及其制备方法和应用
Homayoni et al. X-ray excited luminescence and persistent luminescence of Sr2MgSi2O7: Eu2+, Dy3+ and their associations with synthesis conditions
JP6885405B2 (ja) 蛍光体及びそれを含む樹脂組成物
CN104766901B (zh) 一种具有增强和调节上转换物质发光功能的光子晶体结构及其制备方法
Wang et al. Flexible core–shell Cs x WO 3-based films with high UV/NIR filtration efficiency and stability
CN109880615B (zh) 一种七铝酸十二钙上转换发光材料及其制备方法
CN104071988B (zh) 耐磨的长效自清洁的增透涂层的制备方法以及耐磨的长效自清洁的增透涂层
Mofokeng et al. Enhanced red emission of Eu3+ in ZnO-TiO2: Dy3+, Eu3+ nanocomposites by UV downconversion process
CN102373058A (zh) 硅酸盐荧光材料及其制备方法
JP2001049190A (ja) 日射フィルター膜形成用塗布液
CN107987701B (zh) 一种铝掺杂氧化锌纳米粒子温敏材料涂层、制备方法及其应用
Takeshita et al. Optical properties of transparent wavelength-conversion film prepared from YVO4: Bi3+, Eu3+ nanophosphors
CN102399072A (zh) 一种智能节能涂层的制备方法
CN109181696A (zh) 一种红色长余辉纳米发光材料

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant