CN115893867B - 一种耐辐照光学玻璃及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光学玻璃技术领域,具体是一种耐辐照光学玻璃及其制备方法,制备一种具有低热膨胀的锂铝硅玻璃作为玻璃基底,在玻璃基底表面进行纳米双成膜涂层的设计,在保障光学玻璃材料自身性能的同时,使光学玻璃兼具增透减反性、高效光催化自清洁性以及防雾性;通过高温熔融法制备低膨胀锂铝硅玻璃作为光学玻璃基底;减反射层与防护层中均引入树莓状二氧化硅复合二氧化钛纳米粒子;减反射层中用金纳米星修饰树莓状二氧化硅复合二氧化钛纳米粒子;在防护层中通过预聚物法用二苯基甲烷二异氰酸酯与聚四亚甲基醚二对氨基苯甲酸酯合成了良好的耐辐照性的聚脲材料,通过微波混合,提高树莓状二氧化硅复合二氧化钛纳米粒子与聚脲材料的结合性。
Description
技术领域
本发明涉及光学玻璃技术领域,具体是一种耐辐照光学玻璃及其制备方法。
背景技术
玻璃由于其较好的热膨胀性能、较高的机械性能得到广泛的研究和利用,已经成为光学元器件、电子工业、日常生活、尖端技术产品中一种不可缺少的原料。随着社会的发展,对应用于航天、国防领域的光学玻璃材料的性能要求越来越高,如作为太阳能电池组件中的玻璃盖片、射线管、罩玻璃使用时,需要光学玻璃具有机械强度高、化学稳定性好、耐热冲击性能优良等优点,而基础组分和网络结构决定了其相应的物化性能,普通玻璃材料结构中存在的缺陷在高能射线和粒子的辐射和轰击下,会产生一定量的自由电子和空穴,结合会形成吸收光线的色心,使玻璃变成褐色甚至黑色,使玻璃的透过率大幅降低。
而中国太阳能电池组件产能占全球的七成以上,因此同时提高光学玻璃的耐辐照性、减反射性、耐磨性具有现实意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐辐照光学玻璃及其制备方法,以解决现有技术中的问题。
为了解决上述技术问题,本发明提供如下技术方案:
一种耐辐照光学玻璃的制备方法,包括以下步骤:
S1:将玻璃基底原料研磨混合,升温熔制,将熔制的高温玻璃液倾倒至预先加热的石墨模具中,浇铸成型,退火处理,得到玻璃基底;
S2:将玻璃基底依次浸泡于去离子水、无水乙醇中,在HF溶液中浸泡2-5s,取出用去离子水、无水乙醇冲洗,干燥后备用;
S3:将树莓状二氧化硅复合二氧化钛纳米粒子、金纳米星复合二氧化钛、蒸馏水、无水乙醇混合,超声搅拌,得到复合二氧化钛浆料;
S4:在干燥后玻璃基底上涂覆复合二氧化钛浆料,干燥后形成减反射层;
S5:将树莓状二氧化硅复合二氧化钛纳米粒子、蒸馏水、无水乙醇混合,加入二苯基甲烷二异氰酸酯微波混合,加入聚四亚甲基醚二对氨基苯甲酸酯,搅拌,得到防护涂料;
S6:在减反射层上涂覆防护涂料,形成防护层,固化,干燥后得到一种耐辐照光学玻璃。
进一步的,以摩尔分数计,玻璃基底原料的组成为:二氧化硅62-63份、三氧化二铝14-15份、五氧化二磷2-2.5份、氧化镁4-4.5份、二氧化锡0.05-0.1份、二氧化钛0.01-0.02份、氧化锂8.2-8.4份、氧化钠8-8.5份。
进一步的,升温熔制的工作条件为:以5℃/min的升温速率在硅钼棒高温炉中分阶段加热至1650℃保温3h;退火处理的工作条件为:在550℃下退火2h。
进一步的,树莓状二氧化硅复合二氧化钛纳米粒子、金纳米星复合二氧化钛、蒸馏水、无水乙醇的质量体积比为2g:2g:15mL:15mL。
进一步的,二苯基甲烷二异氰酸酯、聚四亚甲基醚二对氨基苯甲酸酯的质量比为1: 4.58。
进一步的,树莓状二氧化硅复合二氧化钛纳米粒子的制备包括以下步骤:
(1)将正硅酸乙酯、乙醇、去离子水、氨水混合,在30℃下搅拌2h,在25℃下保温6d,110℃回流24h,得到二氧化硅溶胶;
(2)钛酸四丁酯、去离子水、盐酸、乙醇混合,在30℃下持续搅拌2h,25℃陈化 6d,得到二氧化钛溶胶;
(3)将二氧化硅溶胶用无水乙醇稀释至二氧化硅质量分数为1.2%,加入四甲基二硅氮烷,得到改性二氧化硅溶胶;将二氧化钛溶胶用无水乙醇稀释至二氧化钛质量分数为1.2%,加入γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷,30℃下反应2h,25℃下陈化3d,得到改性二氧化钛溶胶;
(4)将改性二氧化硅溶胶、3-氨丙基三乙氧基硅烷混合,25-30℃下反应5-6h,加入改性二氧化钛溶胶,搅拌反应2h,25℃下陈化3d,得到树莓状二氧化硅复合二氧化钛纳米粒子。
进一步的,金纳米星复合二氧化钛的制备包括以下步骤:
将十六烷基三甲基溴化铵、氯金酸溶液混合,在28℃搅拌下加入硼氢化钠,搅拌2-3min,静置3h,得到种子溶液;将种子溶液、十六烷基三甲基溴化铵、氯金酸溶液、硝酸银混合,搅拌下加入抗坏血酸至溶液变为无色,加入氢氧化钠溶液,搅拌20-30min,在 25-28℃下静置5h,洗涤并烘干,得到金纳米星;将金纳米星、去离子水混合,加入十六烷基三甲基溴化铵、氢氧化钠,搅拌条件下加入双(乙酰丙酮基)二异丙基钛酸酯的甲醇溶液,搅拌2-3h,洗涤、烘干,得到金纳米星复合二氧化钛。
进一步的,双(乙酰丙酮基)二异丙基钛酸酯的甲醇溶液中双(乙酰丙酮基)二异丙基钛酸酯、甲醇的体积比为1:100。
进一步的,微波混合的工作条件为:温度110-120℃,功率110-135W,时间20-30min。
本发明的有益效果:
本发明提供一种耐辐照光学玻璃及其制备方法,制备一种具有低热膨胀的锂铝硅玻璃作为玻璃基底,在玻璃基底表面进行纳米双成膜涂层的设计,在保障光学玻璃材料自身性能的同时,使光学玻璃兼具增透减反性、高效光催化自清洁性以及防雾性。
通过高温熔融法制备低膨胀锂铝硅玻璃,通过调整配料成分与退火温度,解决玻璃组分中Li2O含量较低时,玻璃配合料粘度高、熔制效果差、热膨胀系数增大等问题;本发明通过混合碱金属氧化物作为玻璃结构中的网络修饰体,通过控制氧化锂与氧化钠的含量,降低玻璃的生产成本的同时,制备稳定性更高的锂铝硅玻璃作为光学玻璃基底。
纳米双成膜涂层中包括减反射层与防护层;通过减反射层与防护层中原料的成分与工艺的调整,引入纳米多孔结构来降低多层减反射的折射系数,从而增强光学玻璃的增透减反效果;
减反射层与防护层中均引入树莓状二氧化硅复合二氧化钛纳米粒子,先制备粒径为 70nm的二氧化硅粒子,粒径为5nm的二氧化钛粒子,使用3-氨丙基三乙氧基硅烷与γ-缩水甘油醚氧丙基三乙氧基硅烷对2种纳米粒子进行表面改性,粒径较小的二氧化钛纳米粒子通过表面基团的反应均匀地包覆在粒径较大的二氧化硅纳米粒子表面形成树莓形的复合结构,较高地保留玻璃基底的透过率,在紫外辐照条件下具有光催化自清洁功能;
二氧化钛具有较宽的禁带宽度3.2eV、对太阳光的利用效率较低及光生电子-空穴易于复合会制约其光催化活性,因此减反射层中用金纳米星(AuNS)修饰树莓状二氧化硅复合二氧化钛纳米粒子,有效提高其光催化活性,因为金纳米星尖峰周围局部能够产生极大的电磁场,能够有效增加金纳米星与二氧化钛界面的热电子数量,且AuNS的等离子体作用,能够将二氧化钛的吸收光谱拓展到可见光区域,从而大幅提高光学玻璃的光催化自清洁性;
在防护层中通过预聚物法用二苯基甲烷二异氰酸酯与聚四亚甲基醚二对氨基苯甲酸酯合成了良好的耐辐照性的聚脲材料,通过微波混合,提高树莓状二氧化硅复合二氧化钛纳米粒子与聚脲材料的结合性,从而使制备的防护层具有较好的耐冲击性能与防雾性,从而改善光学玻璃的各项性能。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例,对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
需要说明,若本发明实施例中有涉及方向性指示诸如上、下、左、右、前、后……,则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态如各部件之间的相对位置关系、运动情况等,如果该特定姿态发生改变时,则该方向性指示也相应地随之改变。另外,各个实施例之间的技术方案可以相互结合,但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础,当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在,也不在本发明要求的保护范围之内。
以下结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明,应当理解,以下实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
实施例1
一种耐辐照光学玻璃的制备方法,包括以下步骤:
S1:将玻璃基底原料研磨混合,升温熔制,将熔制的高温玻璃液倾倒至预先加热的石墨模具中,浇铸成型,退火处理,得到玻璃基底;
以摩尔分数计,玻璃基底原料的组成为:二氧化硅62份、三氧化二铝14份、五氧化二磷2份、氧化镁4份、二氧化锡0.05份、二氧化钛0.01份、氧化锂8.2份、氧化钠8 份;
升温熔制的工作条件为:以5℃/min的升温速率在硅钼棒高温炉中分阶段加热至1650℃保温3h;退火处理的工作条件为:在550℃下退火2h;
S2:将玻璃基底依次浸泡于去离子水、无水乙醇中,在HF溶液中浸泡2s,取出用去离子水、无水乙醇冲洗,干燥后备用;
S3:将2g树莓状二氧化硅复合二氧化钛纳米粒子、2g金纳米星复合二氧化钛、15mL蒸馏水、15mL无水乙醇混合,超声搅拌,得到复合二氧化钛浆料;
树莓状二氧化硅复合二氧化钛纳米粒子的制备包括以下步骤:
(1)将2mmol正硅酸乙酯、6.5mmol乙醇、75mmol去离子水、0.66mmol氨水混合,在30℃下搅拌2h,在25℃下保温6d,110℃回流24h,得到二氧化硅溶胶;
(2)2mmol钛酸四丁酯、7.2mmol去离子水、100mmol盐酸、0.44mmol乙醇混合,在30℃下持续搅拌2h,25℃陈化6d,得到二氧化钛溶胶;
(3)将二氧化硅溶胶用无水乙醇稀释至二氧化硅质量分数为1.2%,加入的量为二氧化硅固含量50%的四甲基二硅氮烷,得到改性二氧化硅溶胶;将二氧化钛溶胶用无水乙醇稀释至二氧化钛质量分数为1.2%,加入的量为二氧化钛固含量75%的γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷,30℃下反应2h,25℃下陈化3d,得到改性二氧化钛溶胶;
(4)将改性二氧化硅溶胶30g、15μL3-氨丙基三乙氧基硅烷混合,25℃下反应6h,加入30g改性二氧化钛溶胶,搅拌反应2h,25℃下陈化3d,得到树莓状二氧化硅复合二氧化钛纳米粒子;
金纳米星复合二氧化钛的制备包括以下步骤:
将0.1mol/L十六烷基三甲基溴化铵7.5mL、0.02mol/L氯金酸溶液0.125mL混合,在28℃搅拌下加入0.3mol/L硼氢化钠0.2mL,搅拌2min,静置3h,得到种子溶液;将0.02mL 种子溶液、0.1mol/L十六烷基三甲基溴化铵9.5mL、0.01mol/L氯金酸溶液0.415mL、0.001mol/L硝酸银0.66mL混合,搅拌下加入抗坏血酸至溶液变为无色,加入0.1mol/L氢氧化钠溶液0.06mL,搅拌20min,在25℃下静置5h,洗涤并烘干,得到金纳米星;将金纳米星、去离子水混合,加入0.3mmol/L十六烷基三甲基溴化铵0.4mL、0.1mol/L氢氧化钠0.022mL,搅拌条件下加入165μL双(乙酰丙酮基)二异丙基钛酸酯的甲醇溶液,搅拌 2h,洗涤、烘干,得到金纳米星复合二氧化钛;
S4:在干燥后玻璃基底上涂覆复合二氧化钛浆料,干燥后形成减反射层;
S5:将2g树莓状二氧化硅复合二氧化钛纳米粒子、5mL蒸馏水、45mL无水乙醇混合,加入1g二苯基甲烷二异氰酸酯微波混合,加入4.58g聚四亚甲基醚二对氨基苯甲酸酯,搅拌,得到防护涂料;
微波混合的工作条件为:温度110℃,功率110W,时间30min;
S6:在减反射层上涂覆防护涂料,形成防护层,固化,干燥后得到一种耐辐照光学玻璃。
实施例2
一种耐辐照光学玻璃的制备方法,包括以下步骤:
S1:将玻璃基底原料研磨混合,升温熔制,将熔制的高温玻璃液倾倒至预先加热的石墨模具中,浇铸成型,退火处理,得到玻璃基底;
以摩尔分数计,玻璃基底原料的组成为:二氧化硅62.5份、三氧化二铝14.5份、五氧化二磷2.3份、氧化镁4.25份、二氧化锡0.07份、二氧化钛0.015份、氧化锂8.3份、氧化钠8.3份;
升温熔制的工作条件为:以5℃/min的升温速率在硅钼棒高温炉中分阶段加热至1650℃保温3h;退火处理的工作条件为:在550℃下退火2h;
S2:将玻璃基底依次浸泡于去离子水、无水乙醇中,在HF溶液中浸泡3s,取出用去离子水、无水乙醇冲洗,干燥后备用;
S3:将2g树莓状二氧化硅复合二氧化钛纳米粒子、2g金纳米星复合二氧化钛、15mL蒸馏水、15mL无水乙醇混合,超声搅拌,得到复合二氧化钛浆料;
树莓状二氧化硅复合二氧化钛纳米粒子的制备包括以下步骤:
(1)将2mmol正硅酸乙酯、6.5mmol乙醇、75mmol去离子水、0.66mmol氨水混合,在30℃下搅拌2h,在25℃下保温6d,110℃回流24h,得到二氧化硅溶胶;
(2)2mmol钛酸四丁酯、7.2mmol去离子水、100mmol盐酸、0.44mmol乙醇混合,在30℃下持续搅拌2h,25℃陈化6d,得到二氧化钛溶胶;
(3)将二氧化硅溶胶用无水乙醇稀释至二氧化硅质量分数为1.2%,加入的量为二氧化硅固含量50%的四甲基二硅氮烷,得到改性二氧化硅溶胶;将二氧化钛溶胶用无水乙醇稀释至二氧化钛质量分数为1.2%,加入的量为二氧化钛固含量75%的γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷,30℃下反应2h,25℃下陈化3d,得到改性二氧化钛溶胶;
(4)将改性二氧化硅溶胶30g、15μL3-氨丙基三乙氧基硅烷混合,28℃下反应5-6h,加入30g改性二氧化钛溶胶,搅拌反应2h,25℃下陈化3d,得到树莓状二氧化硅复合二氧化钛纳米粒子;
金纳米星复合二氧化钛的制备包括以下步骤:
将0.1mol/L十六烷基三甲基溴化铵7.5mL、0.02mol/L氯金酸溶液0.125mL混合,在28℃搅拌下加入0.3mol/L硼氢化钠0.2mL,搅拌2.5min,静置3h,得到种子溶液;将0.02mL种子溶液、0.1mol/L十六烷基三甲基溴化铵9.5mL、0.01mol/L氯金酸溶液0.415mL、0.001mol/L硝酸银0.66mL混合,搅拌下加入抗坏血酸至溶液变为无色,加入0.1mol/L氢氧化钠溶液0.06mL,搅拌20-30min,在26℃下静置5h,洗涤并烘干,得到金纳米星;将金纳米星、去离子水混合,加入0.3mmol/L十六烷基三甲基溴化铵0.4mL、0.1mol/L氢氧化钠0.022mL,搅拌条件下加入165μL双(乙酰丙酮基)二异丙基钛酸酯的甲醇溶液,搅拌2.5h,洗涤、烘干,得到金纳米星复合二氧化钛;
S4:在干燥后玻璃基底上涂覆复合二氧化钛浆料,干燥后形成减反射层;
S5:将2g树莓状二氧化硅复合二氧化钛纳米粒子、5mL蒸馏水、45mL无水乙醇混合,加入1g二苯基甲烷二异氰酸酯微波混合,加入4.58g聚四亚甲基醚二对氨基苯甲酸酯,搅拌,得到防护涂料;
微波混合的工作条件为:温度115℃,功率120W,时间25min;
S6:在减反射层上涂覆防护涂料,形成防护层,固化,干燥后得到一种耐辐照光学玻璃。
实施例3
一种耐辐照光学玻璃的制备方法,包括以下步骤:
S1:将玻璃基底原料研磨混合,升温熔制,将熔制的高温玻璃液倾倒至预先加热的石墨模具中,浇铸成型,退火处理,得到玻璃基底;
以摩尔分数计,玻璃基底原料的组成为:二氧化硅63份、三氧化二铝15份、五氧化二磷2.5份、氧化镁4.5份、二氧化锡0.1份、二氧化钛0.02份、氧化锂8.4份、氧化钠 8.5份;
升温熔制的工作条件为:以5℃/min的升温速率在硅钼棒高温炉中分阶段加热至1650℃保温3h;退火处理的工作条件为:在550℃下退火2h;
S2:将玻璃基底依次浸泡于去离子水、无水乙醇中,在HF溶液中浸泡5s,取出用去离子水、无水乙醇冲洗,干燥后备用;
S3:将2g树莓状二氧化硅复合二氧化钛纳米粒子、2g金纳米星复合二氧化钛、15mL蒸馏水、15mL无水乙醇混合,超声搅拌,得到复合二氧化钛浆料;
树莓状二氧化硅复合二氧化钛纳米粒子的制备包括以下步骤:
(1)将2mmol正硅酸乙酯、6.5mmol乙醇、75mmol去离子水、0.66mmol氨水混合,在30℃下搅拌2h,在25℃下保温6d,110℃回流24h,得到二氧化硅溶胶;
(2)2mmol钛酸四丁酯、7.2mmol去离子水、100mmol盐酸、0.44mmol乙醇混合,在30℃下持续搅拌2h,25℃陈化6d,得到二氧化钛溶胶;
(3)将二氧化硅溶胶用无水乙醇稀释至二氧化硅质量分数为1.2%,加入的量为二氧化硅固含量50%的四甲基二硅氮烷,得到改性二氧化硅溶胶;将二氧化钛溶胶用无水乙醇稀释至二氧化钛质量分数为1.2%,加入的量为二氧化钛固含量75%的γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷,30℃下反应2h,25℃下陈化3d,得到改性二氧化钛溶胶;
(4)将改性二氧化硅溶胶30g、15μL3-氨丙基三乙氧基硅烷混合,30℃下反应5h,加入30g改性二氧化钛溶胶,搅拌反应2h,25℃下陈化3d,得到树莓状二氧化硅复合二氧化钛纳米粒子;
金纳米星复合二氧化钛的制备包括以下步骤:
将0.1mol/L十六烷基三甲基溴化铵7.5mL、0.02mol/L氯金酸溶液0.125mL混合,在28℃搅拌下加入0.3mol/L硼氢化钠0.2mL,搅拌3min,静置3h,得到种子溶液;将0.02mL 种子溶液、0.1mol/L十六烷基三甲基溴化铵9.5mL、0.01mol/L氯金酸溶液0.415mL、0.001mol/L硝酸银0.66mL混合,搅拌下加入抗坏血酸至溶液变为无色,加入0.1mol/L氢氧化钠溶液0.06mL,搅拌30min,在28℃下静置5h,洗涤并烘干,得到金纳米星;将金纳米星、去离子水混合,加入0.3mmol/L十六烷基三甲基溴化铵0.4mL、0.1mol/L氢氧化钠0.022mL,搅拌条件下加入165μL双(乙酰丙酮基)二异丙基钛酸酯的甲醇溶液,搅拌 3h,洗涤、烘干,得到金纳米星复合二氧化钛;
S4:在干燥后玻璃基底上涂覆复合二氧化钛浆料,干燥后形成减反射层;
S5:将2g树莓状二氧化硅复合二氧化钛纳米粒子、5mL蒸馏水、45mL无水乙醇混合,加入1g二苯基甲烷二异氰酸酯微波混合,加入4.58g聚四亚甲基醚二对氨基苯甲酸酯,搅拌,得到防护涂料;
微波混合的工作条件为:温度120℃,功率135W,时间20min;
S6:在减反射层上涂覆防护涂料,形成防护层,固化,干燥后得到一种耐辐照光学玻璃。
对比例1
以实施例3为对照组,用氧化钠替换氧化锂,其他工序正常。
对比例2
以实施例3为对照组,减反射层没有引入树莓状二氧化硅复合二氧化钛纳米粒子,其他工序正常。
对比例3
以实施例3为对照组,减反射层与没有引入金纳米星,其他工序正常。
对比例4
以实施例3为对照组,防护层中没有引入树莓状二氧化硅复合二氧化钛纳米粒子,其他工序正常。
对比例5
以实施例3为对照组,防护层中没有引入二苯基甲烷二异氰酸酯、聚四亚甲基醚二对氨基苯甲酸酯,其他工序正常,其他工序正常。
对比例6
以实施例3为对照组,没有使用微波合成,其他工序正常。
上述实施例与对比例中的减反射层为150nm,防护层为300nm。
上述实施例与对比例中所用原料来源:
二氧化硅、三氧化二铝、五氧化二磷、氧化镁、二氧化锡、二氧化钛、氧化锂、氧化钠,化学纯;HF溶液、无水乙醇、正硅酸乙酯、氨水、钛酸四丁酯、盐酸、硼氢化钠、硝酸银、氢氧化钠、甲醇,分析纯:国药集团化学试剂有限公司;四甲基二硅氮烷T162577、二苯基甲烷二异氰酸酯M106783:上海阿拉丁生化科技股份有限公司;γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(98%)、3-氨丙基三乙氧基硅烷(98%):湖北巨胜科技有限公司;十六烷基三甲基溴化铵(99%):美岚实业(上海)有限公司;氯金酸27988-77-8:上海研生实业有限公司;双(乙酰丙酮基)二异丙基钛酸酯325252:西格玛奥德里奇(上海) 贸易有限公司;聚四亚甲基醚二对氨基苯甲酸酯(VersalinkP-1000,99%):美国空气化工产品公司。
性能测试:
对实施例1-3、对比例1-6所制得的进行性能测试;
热膨胀系数测定:采用L75 Platinum Series型热膨胀仪测量样品的热膨胀系数;样品尺寸为5mm×5mm×20mm,升温速率为5℃/min,测试范围为200-400℃;
光催化降解性能:将红墨水涂抹在样品上,开始时,玻璃上方放置铜钱形成的遮光部位作为参照;在色温6200K的自然光LED光源下照射,在12h、18h后观察红墨水分解情况;
透光率:测量在300-800nm波段的平均透过率;
自洁性:在玻璃上撒落均匀的石膏粉,直立并震荡后,观察玻璃表面:实施例1-3的经过震荡后能够轻易将石膏粉滑落干净;
耐摩擦性能:将无尘布包裹在3kg的砝码底端,匀速地在玻璃表面来回摩擦500次,比较摩擦前后透过率,所得结果如表1所示;
表1
根据实施例1-3可知,本发明提供一种耐辐照光学玻璃及其制备方法,制备一种具有低热膨胀的锂铝硅玻璃作为玻璃基底,在玻璃基底表面进行纳米双成膜涂层的设计,在保障光学玻璃材料自身性能的同时,使光学玻璃兼具增透减反性、高效光催化自清洁性以及防雾性。
将实施例3与对比例1进行对比,通过高温熔融法制备低膨胀锂铝硅玻璃,通过调整配料成分与退火温度,解决玻璃组分中Li2O含量较低时,玻璃配合料粘度高、熔制效果差、热膨胀系数增大等问题;本发明通过混合碱金属氧化物作为玻璃结构中的网络修饰体,通过控制氧化锂与氧化钠的含量,降低玻璃的生产成本的同时,制备稳定性更高的锂铝硅玻璃作为光学玻璃基底。
将实施例3与对比例2进行对比,减反射层与防护层中均引入树莓状二氧化硅复合二氧化钛纳米粒子,先制备粒径为70nm的二氧化硅粒子,粒径为5nm的二氧化钛粒子,使用3-氨丙基三乙氧基硅烷与γ-缩水甘油醚氧丙基三乙氧基硅烷对2种纳米粒子进行表面改性,粒径较小的二氧化钛纳米粒子通过表面基团的反应均匀地包覆在粒径较大的二氧化硅纳米粒子表面形成树莓形的复合结构,较高地保留玻璃基底的透过率,在紫外辐照条件下具有光催化自清洁功能;
将实施例3与对比例3进行对比,二氧化钛具有较宽的禁带宽度3.2eV、对太阳光的利用效率较低及光生电子-空穴易于复合会制约其光催化活性,因此减反射层中用金纳米星(AuNS)修饰树莓状二氧化硅复合二氧化钛纳米粒子,有效提高其光催化活性,因为金纳米星尖峰周围局部能够产生极大的电磁场,能够有效增加金纳米星与二氧化钛界面的热电子数量,且AuNS的等离子体作用,能够将二氧化钛的吸收光谱拓展到可见光区域,从而大幅提高光学玻璃的光催化自清洁性;
将实施例3与对比例4、对比例5、对比例6进行对比,在防护层中通过预聚物法用二苯基甲烷二异氰酸酯与聚四亚甲基醚二对氨基苯甲酸酯合成了良好的耐辐照性的聚脲材料,通过微波混合,提高树莓状二氧化硅复合二氧化钛纳米粒子与聚脲材料的结合性,从而使制备的防护层具有较好的耐冲击性能与防雾性,从而改善光学玻璃的各项性能。
以上所述仅为本发明的为实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是在本发明的发明构思下,利用本发明说明书所做的等效结构变换,或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (5)
1.一种耐辐照光学玻璃的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:将玻璃基底原料研磨混合,升温熔制,将熔制的高温玻璃液倾倒至预先加热的石墨模具中,浇铸成型,退火处理,得到玻璃基底;
S2:将玻璃基底依次浸泡于去离子水、无水乙醇中,在HF溶液中浸泡2-5s,取出用去离子水、无水乙醇冲洗,干燥后备用;
S3:将树莓状二氧化硅复合二氧化钛纳米粒子、金纳米星复合二氧化钛、蒸馏水、无水乙醇混合,超声搅拌,得到复合二氧化钛浆料;
S4:在干燥后玻璃基底上涂覆复合二氧化钛浆料,干燥后形成减反射层;
S5:将树莓状二氧化硅复合二氧化钛纳米粒子、蒸馏水、无水乙醇混合,加入二苯基甲烷二异氰酸酯微波混合,加入聚四亚甲基醚二对氨基苯甲酸酯,搅拌,得到防护涂料;
S6:在减反射层上涂覆防护涂料,形成防护层,固化,干燥后得到一种耐辐照光学玻璃;
以摩尔分数计,玻璃基底原料的组成为:二氧化硅62-63份、三氧化二铝14-15份、五氧化二磷2-2.5份、氧化镁4-4.5份、二氧化锡0.05-0.1份、二氧化钛0.01-0.02份、氧化锂8.2-8.4份、氧化钠8-8.5份;
升温熔制的工作条件为:以5℃/min的升温速率在硅钼棒高温炉中分阶段加热至1650℃保温3h;退火处理的工作条件为:在550℃下退火2h;
树莓状二氧化硅复合二氧化钛纳米粒子的制备包括以下步骤:
(1)将正硅酸乙酯、乙醇、去离子水、氨水混合,在30℃下搅拌2h,在25℃下保温6d,110℃回流24h,得到二氧化硅溶胶;
(2)钛酸四丁酯、去离子水、盐酸、乙醇混合,在30℃下持续搅拌2h,25℃陈化6d,得到二氧化钛溶胶;
(3)将二氧化硅溶胶用无水乙醇稀释至二氧化硅质量分数为1.2%,加入四甲基二硅氮烷,得到改性二氧化硅溶胶;将二氧化钛溶胶用无水乙醇稀释至二氧化钛质量分数为1.2%,加入γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷,30℃下反应2h,25℃下陈化3d,得到改性二氧化钛溶胶;
(4)将改性二氧化硅溶胶、3-氨丙基三乙氧基硅烷混合,25-30℃下反应5-6h,加入改性二氧化钛溶胶,搅拌反应2h,25℃下陈化3d,得到树莓状二氧化硅复合二氧化钛纳米粒子;
金纳米星复合二氧化钛的制备包括以下步骤:
将十六烷基三甲基溴化铵、氯金酸溶液混合,在28℃搅拌下加入硼氢化钠,搅拌2-3min,静置3h,得到种子溶液;将种子溶液、十六烷基三甲基溴化铵、氯金酸溶液、硝酸银混合,搅拌下加入抗坏血酸至溶液变为无色,加入氢氧化钠溶液,搅拌20-30min,在25-28℃下静置5h,洗涤并烘干,得到金纳米星;将金纳米星、去离子水混合,加入十六烷基三甲基溴化铵、氢氧化钠,搅拌条件下加入双(乙酰丙酮基)二异丙基钛酸酯的甲醇溶液,搅拌2-3h,洗涤、烘干,得到金纳米星复合二氧化钛;
微波混合的工作条件为:温度110-120℃,功率110-135W,时间20-30min。
2.根据权利要求1所述的一种耐辐照光学玻璃的制备方法,其特征在于,树莓状二氧化硅复合二氧化钛纳米粒子、金纳米星复合二氧化钛、蒸馏水、无水乙醇的质量体积比为2g:2g:15mL:15mL。
3.根据权利要求1所述的一种耐辐照光学玻璃的制备方法,其特征在于,二苯基甲烷二异氰酸酯、聚四亚甲基醚二对氨基苯甲酸酯的质量比为1:4.58。
4.根据权利要求1所述的一种耐辐照光学玻璃的制备方法,其特征在于,金纳米星复合二氧化钛的制备中,双(乙酰丙酮基)二异丙基钛酸酯的甲醇溶液中双(乙酰丙酮基)二异丙基钛酸酯、甲醇的体积比为1:100。
5.一种耐辐照光学玻璃,其特征在于,由权利要求1-4中任一项制备方法制备得到。
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