CN116285444B - 一种铟改性的纳米二氧化硅增透液及其制备方法、超亲水防尘增透涂层 - Google Patents
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Abstract
本发明属于纳米二氧化硅增透液技术领域，公开了一种铟改性的纳米二氧化硅增透液，其包括纳米二氧化硅颗粒，所述纳米二氧化硅颗粒外包覆有氟化钙层，所述氟化钙层外包覆有氢氧化铟层。本发明还公开了纳米二氧化硅增透液的制备方法及其形成的超亲水防尘增透涂层。该涂层具有高增透、超亲水和防尘不挂灰的优点。
Description
技术领域
本发明属于纳米二氧化硅增透液技术领域，具体涉及一种铟改性的纳米二氧化硅增透液及其制备方法、超亲水防尘增透涂层。
背景技术
决定太阳能光伏晶硅电池效能的因素影响着光能转化效率，其中最重要的决定因素是光电组件中的晶硅技术，其次是保护光电组件中的光伏玻璃，由于晶硅无法长时间暴露于外界环境中，光伏玻璃是目前保护晶硅、自身透光率较高的最佳材料之一，因此光伏玻璃的光学特性是晶硅技术外一大重要因素。保持和提高光伏玻璃的光学特性远比开发更高转换率的晶硅更容易且成本更低，所以开发并生产出透光率更高的光伏玻璃，对于组件厂商和终端市场都是非常迫切的。
超白压花玻璃是光伏玻璃的一种，压花的目的是增加透光率，其原理是：太阳光照在一个平面上有很多光被反射，达到硅片上的就少了。如果将其制成一口井的形状，光的反射会大大的降低，从而提高透光率。但是这会带来以下几个弊端：(1)压花后玻璃表面存在很多缺陷，在长期的风化作用下，增透的效果很快削弱；(2)因为有凹坑，所以灰尘很容易进入，需要定期清理；(3)增加的透光率有限，因为它不可能凹下去很深，作用很有限。另外，由于光伏玻璃一般都是安装在荒郊野外，灰尘风沙大，时间一长，玻璃表面极易变脏，使用一段时间后，光伏玻璃可见光透过率甚至只有最初的60％，大大影响了发电效率，如果不能解决光伏玻璃表面脏污的问题，将大大制约太阳能光伏产业的发展。
二氧化硅薄膜因具有优秀的透光率和减反射性能，是理想的光伏玻璃镀膜材料，并已被广泛应用。但遗憾的是，二氧化硅薄膜涂层通常不具备超亲水自清洁功能，更没有防尘功能，因此无法解决光伏玻璃表脏污问题。
很多科研工作者利用TiO2改性SiO2获得了超亲水涂层，比如中国专利CN102432196A公布了一种超亲水二氧化钛/二氧化硅多孔双层膜的制备方法，在玻璃基底上先旋涂SiO2溶胶，干燥后再旋涂聚乙二醇2000与二氧化钛的混合液，置于干燥箱中，在80～120℃下干燥20～40分钟；然置于马弗炉中，以升温速率为2～3℃/min升温至450～550℃，退火2～3小时；退火完成后，自然降温至室温，得到超亲水二氧化钛/二氧化硅多孔双层薄膜。
专利CN104340983A也报道了二氧化硅-二氧化钛溶胶的制法及应用，以四氯化钛或硫酸钛为原料，先将钛原料在低温中(0～30℃)加入酸性水溶液再加入碱性溶液制成氢氧化钛，经过离心、水洗后，去除离子，再加入酸性水溶液与二氧化硅水溶胶，此时二氧化钛的固体重量与水的比例为0.01％至3％，二氧化硅与二氧化钛的重量比为0.01比1至10比1之间；此溶液在60至100℃反应一段时间后，即形成稳定透明的二氧化硅-二氧化钛纳米溶胶，溶液为中性，其可喷镀或浸镀方法用在玻璃载体上，此二氧化硅-二氧化钛薄膜在玻璃上具有强的去污、自洁、超亲水性、增加透光率及抗反射的功效。
但是，由于TiO2的折射率(2.5～2.7)远大于SiO2(1.45)，因此所得TiO2改性SiO2薄膜涂层的透光率通常低于单纯SiO2涂层，而且还不具有防尘功能，依然无法彻底解决光伏组件表面脏污问题。因此，如何增强光伏玻璃的防尘自洁效果，同时保持高增透性能，达到发电站增益效果，是急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种抗灰、超亲水和高增透率、铟改性的纳米二氧化硅增透液。
本发明的另一目的是提供纳米二氧化硅增透液的制备方法。
本发明的另一目的是提供纳米二氧化硅增透液所形成的超亲水防尘增透涂层。
为达到上述目的之一，本发明采用以下技术方案：
一种铟改性的纳米二氧化硅增透液，其包括纳米二氧化硅颗粒，所述纳米二氧化硅颗粒外包覆有氟化钙层，所述氟化钙层外包覆有氢氧化铟层。
进一步地，所述氟化钙层的厚度为5～10nm。
进一步地，所述氢氧化铟层的厚度为2～10nm。
进一步地，按照重量份数，纳米二氧化硅增透液的原料组成为：30～80份三氟化铟水溶液，30～120份氯化钙水溶液，20～40份正丁酸，5～20份聚乙二醇，10～30份水，50～200份氨水，100～300份正硅酸乙酯，100～200份异丙醇，100～300份乙醇。
进一步地，所述三氟化铟水溶液的浓度为5～10wt％，所述氯化钙水溶液的浓度为10～30wt％，所述氨水的浓度为20～28wt％。
进一步地，所述聚乙二醇为PEG200，作为核壳结构成核助剂。
纳米二氧化硅增透液的制备方法，包括以下步骤：
S1、用正硅酸乙酯、水、氨水、异丙醇、乙醇制备纳米二氧化硅颗粒溶胶，硅溶胶作为晶种引发核壳反应；
S2、用正丁酸将S1溶液调节成弱酸性，pH在5～6左右；
S3、将聚乙二醇和三氟化铟水溶液依次缓慢加入S2的溶液，再缓慢加入氯化钙水溶液；
S4、将氨水加入S3的溶液。
S1和S4都会用到氨水，S1氨水作用是催化正硅酸乙酯成为SiO2溶胶，S4氨水作用是让铟离子反应生成氢氧化铟In(OH)3；S1和S4氨水的用量一般为1：1。
进一步地，所述S1在50～80℃进行3～4h。
进一步地，所述S3为：在搅拌条件下先加入三氟化铟水溶液，然后加入氯化钙水溶液，搅拌40～80min后升温至80～90℃反应2～3h。在这一步，钙离子与氟离子反应，形成CaF2壳层(萤石)，并且包裹在二氧化硅表面。
进一步地，所述S4在至80～90℃反应2～3h。氨水与铟离子反应得到氢氧化铟。
超亲水防尘增透涂层，其由纳米二氧化硅增透液涂覆于基材而得；超亲水防尘增透涂层的厚度为60～120nm。
本发明在硅溶胶溶液中,以纳米SiO2颗粒作为晶种，通过异相成核作用诱导CaF2晶形的形成，并包覆In(OH)3外壳，得到三层SiO2-CaF2-In(OH)3实心微囊结构，具有以下有益效果：
1、高增透率。基底SiO2折射率为1.45～1.47，萤石CaF2具有比SiO2更低的折射率1.434，对紫外线、可见光、红外线都具有特殊的透过能力，有利于提高纳米微球的增透效率。
2、抗灰防尘。In(OH)3作为纳米微球的外壳层，属于半导体材料，具有较宽的禁带宽度、较小的电阻率、透光性好等特点，已被广泛应用于太阳能电池、液晶显示材料、低汞和无汞碱性电池锌的添加剂等。氢氧化铟颗粒尺寸达纳米级别时，除具有以上功能外，还具备了纳米材料的表面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应等。本发明的In(OH)3外壳结构，主要作为电子导通层，让静电快速泄漏而无法积累，起到防静电防尘作用。
3、本发明的类菱形结构比圆形结构更有利于进一步提高透光率。类菱形微观颗粒堆叠在一起时，形成凹凸不平的微观结构，这种不平整结构更有利于降低光的反射，从而提升光的透过率。
4、超亲水自清洁特性。超亲水自清洁是指水滴在固体表面极易被润湿的特性，在固体表面的接触角接近0°，此时，水滴近于完全铺展并在固体表面形成一层水膜，污渍与玻璃之间被水膜隔开并浮于水膜上面，下雨时就很容易被雨水整体冲洗掉，从而实现自我清洁的功能。氢氧化铟In(OH)3的多羟基官能团分子结构，在空气中容易形成水合物(比如三水氢氧化铟)，促进了水滴在其表面润湿并延展形成水膜，使氢氧化铟的水滴接触角为0°，表现出超亲水特性。
附图说明
图1是铟改性纳米二氧化硅高增透涂层表面的微观结构SEM图；
图2是本发明涂层的超亲水自清洁特性的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
以下实施例，所用核壳结构成核助剂为聚乙二醇为PEG200；实施例1、2所用三氟化铟水溶液的浓度为8wt％，实施例3、4所用三氟化铟水溶液的浓度为6wt％，实施例5所用三氟化铟水溶液的浓度为10wt％，实施例1、2所用氯化钙水溶液的浓度为20wt％，实施例3所用氯化钙水溶液的浓度为15wt％，实施例4、5所用氯化钙水溶液的浓度为24wt％，实施例1～5所用氨水的浓度为25wt％；所形成的氟化钙层的厚度为5～10nm，氢氧化铟层的厚度为2～10nm，纳米二氧化硅颗粒的粒径为5～10nm。
实施例1
纳米二氧化硅增透液的原料组成为：50份三氟化铟水溶液，60份氯化钙水溶液，32份正丁酸，8份聚乙二醇，24份水，100份氨水，230份正硅酸乙酯，150份异丙醇，200份乙醇。
S1、将正硅酸乙酯放入到三口烧瓶中，加入纯水，再将乙醇、异丙醇依次加入到烧杯中，所得混合溶剂倒入三口烧瓶中，向三口烧瓶中加入一半氨水溶液。控制反应温度为70℃，反应时间为4h，获得纳米二氧化硅颗粒溶胶；
S2、用正丁酸将S1的溶液调节成弱酸性，pH在5～6左右；
S3、在搅拌条件下(转速30～50转/min)将聚乙二醇和三氟化铟水溶液依次缓慢加入S2的溶液，再缓慢加入氯化钙水溶液，搅拌60min后升温至85℃回流反应3h；
S4、将另一半氨水加入S3的溶液，保持温度90℃度再回流反应2h。
实施例2
纳米二氧化硅增透液的原料组成为：70份三氟化铟水溶液，100份氯化钙水溶液，28份正丁酸，12份聚乙二醇，20份水，130份氨水，150份正硅酸乙酯，120份异丙醇，160份乙醇。
S1、将正硅酸乙酯放入到三口烧瓶中，加入纯水，再将乙醇、异丙醇依次加入到烧杯中，所得混合溶剂倒入三口烧瓶中，向三口烧瓶中加入一半氨水溶液。控制反应温度为80℃，反应时间为3h，获得纳米二氧化硅颗粒溶胶；
S2、用正丁酸将S1的溶液调节成弱酸性，pH在5～6左右；
S3、在搅拌条件下(转速30～50转/min)将聚乙二醇和三氟化铟水溶液依次缓慢加入S2的溶液，再缓慢加入氯化钙水溶液，搅拌80min后升温至80℃回流反应2h；
S4、将另一半氨水加入S3的溶液，保持温度80℃度再回流反应3h。
实施例3
纳米二氧化硅增透液的原料组成为：40份三氟化铟水溶液，50份氯化钙水溶液，40份正丁酸，15份聚乙二醇，16份水，80份氨水，300份正硅酸乙酯，180份异丙醇，180份乙醇。
S1、将正硅酸乙酯放入到三口烧瓶中，加入纯水，再将乙醇、异丙醇依次加入到烧杯中，所得混合溶剂倒入三口烧瓶中，向三口烧瓶中加入一半氨水溶液。控制反应温度为60℃，反应时间为4h，获得纳米二氧化硅颗粒溶胶；
S2、用正丁酸将S1的溶液调节成弱酸性，pH在5～6左右；
S3、在搅拌条件下(转速30～50转/min)将聚乙二醇和三氟化铟水溶液依次缓慢加入S2的溶液，再缓慢加入氯化钙水溶液，搅拌40min后升温至90℃回流反应3h；
S4、将另一半氨水加入S3的溶液，保持温度85℃度再回流反应2.5h。
实施例4
纳米二氧化硅增透液的原料组成为：45份三氟化铟水溶液，70份氯化钙水溶液，21份正丁酸，18份聚乙二醇，26份水，180份氨水，200份正硅酸乙酯，160份异丙醇，220份乙醇。
S1、将正硅酸乙酯放入到三口烧瓶中，加入纯水，再将乙醇、异丙醇依次加入到烧杯中，所得混合溶剂倒入三口烧瓶中，向三口烧瓶中加入一半氨水溶液。控制反应温度为50℃，反应时间为4h，获得纳米二氧化硅颗粒溶胶；
S2、用正丁酸将S1的溶液调节成弱酸性，pH在5～6左右；
S3、在搅拌条件下(转速30～50转/min)将聚乙二醇和三氟化铟水溶液依次缓慢加入S2的溶液，再缓慢加入氯化钙水溶液，搅拌70min后升温至90℃回流反应2h；
S4、将另一半氨水加入S3的溶液，保持温度90℃度再回流反应3h。
实施例5
纳米二氧化硅增透液的原料组成为：76份三氟化铟水溶液，120份氯化钙水溶液，25份正丁酸，6份聚乙二醇，25份水，110份氨水，140份正硅酸乙酯，140份异丙醇，280份乙醇。
S1、将正硅酸乙酯放入到三口烧瓶中，加入纯水，再将乙醇、异丙醇依次加入到烧杯中，所得混合溶剂倒入三口烧瓶中，向三口烧瓶中加入一半氨水溶液。控制反应温度为60℃，反应时间为3h，获得纳米二氧化硅颗粒溶胶；
S2、用正丁酸将S1的溶液调节成弱酸性，pH在5～6左右；
S3、在搅拌条件下(转速30～50转/min)将聚乙二醇和三氟化铟水溶液依次缓慢加入S2的溶液，再缓慢加入氯化钙水溶液，搅拌70min后升温至85℃回流反应3h；
S4、将另一半氨水加入S3的溶液，保持温度80℃度再回流反应2h。
对比例1
参照实施例1进行，但是不加入三氟化铟水溶液和氯化钙水溶液，SiO2外表面没有形成CaF2和In(OH)3包覆层，为单纯的SiO2纳米微球。
对比例2
参照实施例1进行，将三氟化铟水溶液换成同等浓度、同样用量的NH4F溶液作为外壳层的氟离子源，SiO2外表面包覆CaF2但是没有包覆In(OH)3，结构描述为SiO2/CaF2。
对比例3
参照实施例1进行，三氟化铟水溶液的用量为10份，SiO2外表面包覆CaF2层和In(OH)3层，结构描述为SiO2/CaF2/In(OH)3。
对比例4
参照实施例1进行，三氟化铟水溶液的用量为120份，SiO2外表面包覆CaF2层和In(OH)3层，结构描述为SiO2/CaF2/In(OH)3。
将实施例1～3、对比例1～4的增透液涂覆于超白玻璃上，涂层厚度为90nm左右(超白玻璃没有涂层)，测试涂层的透光率、水滴接触角、抗灰性，结果如下表所示：
透光率和水滴接触角测试方法分别参考标准JC/T 2170-2013和GB/T 37830-2019，抗灰性能的测试则参考专利CN110229610A公开的方法，具体测试方法描述如下：将被测试样片平放，然后在其表面均匀洒上一层足够厚的灰尘，再把样品缓慢竖立起来并垂直震荡3次，让多余的灰自然落下，其余的灰沾附在样片表面，观察并称重样片表面残留的灰量。其中，抗灰等级评价标准如下：
0级：不挂灰，单位面积沾灰量k≤0.01mg/cm2；
1级：微量挂灰，单位面积沾灰量0.01<k≤0.05mg/cm2；
2级：轻度挂灰，单位面积沾灰量0.05<k≤0.1mg/cm2；
3级：中度挂灰，单位面积沾灰量0.1<k≤0.5mg/cm2；
4级：重度挂灰，单位面积沾灰量k>0.5mg/cm2。
实施例1～3为SiO2/CaF2/In(OH)3三层结构体系，所形成的涂层均具有优异的透光率(95％以上)，增透率达3％以上，这主要是包覆CaF2层具有更低折射率所起到的作用；涂层还表现出超亲水特性，水滴接触角为0°，而且还具有极佳的防尘抗灰效果，这主要是In(OH)3包覆层具有半导特性和多羟基官能团所起到的作用。
而单纯的纳米二氧化硅涂层(对比例1)的透光率为92.46％，对玻璃的增透率只有0.64％，水滴接触角为11°，微量挂灰；对于CaF2包裹改性SiO2涂层(对比例2)，透光率为95.25％，增透率达3.43％，水滴接触角为9°，涂层中度挂灰，虽然透光率没有下降，但是相比于单纯的SiO2涂层更不防尘。这说明了CaF2的修饰改性，能显著提升涂层的增透率，但不具有抗灰防尘功能，CaF2反而对抗灰防尘有负面影响。
如果InF3添加量过少(对比例3)，增透效果不受影响，但是会影响超亲水自清洁功能和抗灰效果(微量挂灰)；如果InF3添加量过多(对比例4)，超亲水自清洁功能和抗灰效果不受影响，但是会显著影响增透效果(增透率只有1.87％)；因此，CaF2和In(OH)3的量既不能太多，也不能太少。
将实施例1的增透液涂在超白玻璃上，通过调节辊涂机的流量精确控制涂层的厚度，考察不同厚度对涂层性能的影响，结果如下表所示：
涂层厚度采用光学干涉薄膜厚度测量仪(品牌型号：Filmetrics F20；测量范围：1nm-40μm)进行测量。
涂层厚度的最优值在60-120nm范围，其增透率达3.67％，且防尘抗灰性也很好，涂层表现出优异的超亲水特性(水滴接触角0°)。
当涂层太薄(厚度小于20nm)时，增透率只有1.14％，涂层接触角为9°，抗灰性也较弱(微量挂灰)，但还是优于普通玻璃的抗灰性(普通玻璃片挂灰严重)。
当涂层厚度过大(>250nm)时，涂层开始出现发雾发白现象，涂层越厚发白越严重，对透光率起降低作用。对于另外两大特性(抗灰性和亲水性)，只要涂层厚度大于50nm，就都表现出相同的特性：超亲水性和防尘不挂灰。
本发明所得的SFZ涂层，可广泛应用于光伏组件、门窗幕墙、汽车美容等领域。SFZ涂层不仅继承了常规减反射AR涂层的增透特性(增透率3％以上)，同时还增加了电子导通网络结构，能快速地将产生的静电泄漏导走，从而起到很好的防尘防静电作用；另外，铟改性二氧化硅为特殊封闭式无孔结构(类菱形结构，如图1所示，图中的文字除了表示放大倍数、长度等必要信息外，没有其他含义)，不但能有效阻挡钠离子和钙离子从玻璃基底中迁移到涂层表面，进而减缓了涂层的老化进程，还可以起到超亲水自清洁功能。
玻璃是一种常见的亲水材料，但它的水滴接触角通常为20～40°，无法形成水膜，因此下雨后玻璃表面总会留下许多水渍，水渍沾上油或尘土被风吹干后就会形成污渍。而SFZ涂层的超亲水特性，使得水滴铺展成水膜包裹在玻璃表面，将污渍与玻璃隔开了(如图2所示)，在下雨或冲水时就很容易把污渍冲掉。因此，SFZ涂层可以同时实现更高透光率(增透)、不沾灰尘(防挂灰)和超亲水自清洁的三合一功能，而且耐候性优异(涂层为无机纳米颗粒，不含有机物)。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种铟改性的纳米二氧化硅增透液，其特征在于，其包括纳米二氧化硅颗粒，所述纳米二氧化硅颗粒外包覆有氟化钙层，所述氟化钙层外包覆有氢氧化铟层；所述氟化钙层的厚度为5～10nm；所述氢氧化铟层的厚度为2～10nm；按照重量份数，其原料组成为：30～80份三氟化铟水溶液，30～120份氯化钙水溶液，20～40份正丁酸，5～20份聚乙二醇，10～30份水，50～200份氨水，100～300份正硅酸乙酯，100～200份异丙醇，100～300份乙醇；
所述的纳米二氧化硅增透液的制备方法，包括以下步骤：
S1、用正硅酸乙酯、水、氨水、异丙醇、乙醇制备纳米二氧化硅颗粒溶胶；
S2、用正丁酸将S1溶液调节pH至5～6；
S3、依次聚乙二醇、三氟化铟水溶液、氯化钙水溶液加入S2的溶液；
S4、将氨水加入S3的溶液。
2.根据权利要求1所述的纳米二氧化硅增透液，其特征在于，所述三氟化铟水溶液的浓度为5～10wt％，所述氯化钙水溶液的浓度为10～30wt％，所述氨水的浓度为20～28wt％。
3.根据权利要求1所述的纳米二氧化硅增透液，其特征在于，所述聚乙二醇为PEG200。
4.权利要求1～3任意一项所述的纳米二氧化硅增透液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、用正硅酸乙酯、水、氨水、异丙醇、乙醇制备纳米二氧化硅颗粒溶胶；
S2、用正丁酸将S1溶液调节pH至5～6；
S3、依次聚乙二醇、三氟化铟水溶液、氯化钙水溶液加入S2的溶液；
S4、将氨水加入S3的溶液。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述S1在50～80℃进行3～4h；所述S4在80～90℃反应2～3h。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述S3为：在搅拌条件下先加入三氟化铟水溶液和聚乙二醇，然后加入氯化钙水溶液，搅拌40～80min后升温至80～90℃反应2～3h。
7.超亲水防尘涂层，其特征在于，由权利要求1～3任意一项所述的纳米二氧化硅增透液涂覆于基材而得。
8.根据权利要求7所述的超亲水防尘涂层，其特征在于，所述超亲水防尘涂层的厚度为60～120nm。
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102153292A (zh) * | 2010-12-27 | 2011-08-17 | 上海师范大学 | 一种高透过纳米二氧化硅减反射薄膜及其制备方法和应用 |
| CN103525128A (zh) * | 2012-07-03 | 2014-01-22 | 广东先导稀材股份有限公司 | 包覆型钒酸铋颜料的制备方法 |
| CN108017290A (zh) * | 2017-12-13 | 2018-05-11 | 中国南玻集团股份有限公司 | 减反射玻璃的制备方法 |
| CN110436942A (zh) * | 2019-08-28 | 2019-11-12 | 齐鲁工业大学 | 二氧化硅包覆纳米片状氟化钙复合粉体的制备方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20140186613A1 (en) * | 2012-12-27 | 2014-07-03 | Guardian Industries Corp. | Anti-reflection coatings with self-cleaning properties, substrates including such coatings, and related methods |
| US10894888B2 (en) * | 2015-12-01 | 2021-01-19 | King Abdulaziz City For Science And Technology | Dust repellant and anti-reflective inorganic coating and method for preparing the same |
-
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102153292A (zh) * | 2010-12-27 | 2011-08-17 | 上海师范大学 | 一种高透过纳米二氧化硅减反射薄膜及其制备方法和应用 |
| CN103525128A (zh) * | 2012-07-03 | 2014-01-22 | 广东先导稀材股份有限公司 | 包覆型钒酸铋颜料的制备方法 |
| CN108017290A (zh) * | 2017-12-13 | 2018-05-11 | 中国南玻集团股份有限公司 | 减反射玻璃的制备方法 |
| CN110436942A (zh) * | 2019-08-28 | 2019-11-12 | 齐鲁工业大学 | 二氧化硅包覆纳米片状氟化钙复合粉体的制备方法 |
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