CZ304081B6 - Zpusob prípravy antireflexní vrstvy na povrchu výrobku z kremicitých a boritokremicitých skel a antireflexní vrstva - Google Patents

Zpusob prípravy antireflexní vrstvy na povrchu výrobku z kremicitých a boritokremicitých skel a antireflexní vrstva Download PDF

Info

Publication number
CZ304081B6
CZ304081B6 CZ20120223A CZ2012223A CZ304081B6 CZ 304081 B6 CZ304081 B6 CZ 304081B6 CZ 20120223 A CZ20120223 A CZ 20120223A CZ 2012223 A CZ2012223 A CZ 2012223A CZ 304081 B6 CZ304081 B6 CZ 304081B6
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
mmol
sio
sol
mixture
antireflective layer
Prior art date
Application number
CZ20120223A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ2012223A3 (cs
Inventor
Matousek@Josef
Sanda@Ludvík
Motka@Otakar
Zajíc@Jirí
Dlasek@Josef
Original Assignee
Vysoká skola chemicko-technologická v Praze
Kavalierglass A. S.
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 Vysoká skola chemicko-technologická v Praze, Kavalierglass A. S. filed Critical Vysoká skola chemicko-technologická v Praze
Priority to CZ20120223A priority Critical patent/CZ304081B6/cs
Publication of CZ2012223A3 publication Critical patent/CZ2012223A3/cs
Publication of CZ304081B6 publication Critical patent/CZ304081B6/cs

Links

Landscapes

  • Surface Treatment Of Glass (AREA)

Abstract

Popisuje se zpusob prípravy antireflexní vrstvy na bázi SiO.sub.2.n., kde se nejprve pripraví smes pro získání solu ze dvou prekurzoru SiO.sub.2.n., a to alkoxidu kremíku a koloidní suspenze nanocástic SiO.sub.2 .n.v molárním pomeru od 0,3 az do 9. Koloidní suspenze nanocástic SiO.sub.2 .n.je 30 az 50% vodná suspenze SiO.sub.2.n.. Alkoxid kremíku je koncentrovaný TEOS tetraethoxysilan. Smes pro získání solu obsahuje: TEOS 22,5 az 45 mmol SiO.sub.2 .n.koloidní suspenze ve vode 6 az 60 mmol neionogenní detergent 2 az 20 mmol etanol 800 az 1500 mmol acetylaceton 1 az 30 mmol voda deionizovaná 50 az 200 mmol 1 M HNO.sub.3 .n.ci HCl 0,5 az 2 mmol. Vytvorení antireflexní vrstvy na povrchu sklenených výrobku se provádí v nekolika krocích za nárokovaných podmínek: smíchá se TEOS a SiO.sub.2 .n.ve forme koloidní suspenze ve vode, neionogenní detergent, deionizovaná voda a minerální kyselina, a slozky se míchají. Pak se pridají organická rozpoustedla ethanol a acetylaceton, a sol se dále míchá. Získaný sol se nanásí potahováním na povrch cistého skleneného výrobku. Následuje susení a výpal. Po ukoncení míchání se muze sol nechat uzrát odlezením. Antireflexní vrstva zvysuje spektrální propustnost kremicitých a boritokremicitých sklenených výrobku ve viditelné a blízké infracervené oblasti spektra az o 7 %.

Description

Oblast techniky
Vynález se týká způsobu přípravy antireflexní vrstvy na povrchu výrobků z křemičitých a boritokřemičitých skel, při němž se na čistý povrch skleněného výrobku nanáší sol pro přípravu antireflexní vrstvy na bázi SiO2. Sol se připraví ze směsi prekurzoru SiO2, organického rozpouštědla, anorganické kyseliny a vody, směs se podrobí míchání složek, pro získání sólu ajeho nanesení na výrobek se výrobek vysuší a vypálí.
Vynález se také týká antireflexní vrstvy na povrchu výrobků z křemičitých a boritokřemičitých skel na bázi SiO2, která má tloušťku minimálně 80 nm a index lomu n < 1,45.
Dosavadní stav techniky
Z aplikačních možností antireflexních vrstev na sklech jsou v současnosti aktuální zejména skla používaná pro stavbu fotovoltaických elektráren a solárních kolektorů. U těchto skel je požadována odolnost vůči teplotním změnám, mechanická pevnost, odolnost vůči abrazivnímu účinku polétavého prachu a koroznímu působení ovzduší a vysoká spektrální propustnost světelného záření. S ohledem na tyto požadavky se k daným účelům používají zejména skla s vysokým obsahem oxidu křemičitého a s nízkým obsahem oxidů, které způsobují absorpci světelného záření. Z průmyslově produkovaných skel se nejčastěji používají sodnovápenatá skla plochá typu Float a boritokřemičitá skla typu Pyrex. Pro stavbu solárních kolektorů a fotovoltaických elektráren se přednostně používají trubice z boritokřemičitých skel. Skla typu PYREX®, mezi něž patří u nás vyráběné sklo SIMAX® uspokojivě splňují většinu shora uvedených požadavků, avšak vzhledem k rostoucím požadavkům na zvýšení účinnosti solárních zařízení je požadováno zvýšení jejich světelné spektrální propustnosti. Spektrální propustnost skel obecně roste s klesajícím obsahem barvicích oxidů, zejména oxidů železa ve skle, který závisí na čistotě surovin použitých pro tavení skla, zejména na obsahu oxidů železa ve sklářském písku. Je známo, že i velmi nízký obsah železa ve skle významně zvyšuje absorpci světelného záření, zvláště v případě, že železo je ve skle přítomno ve formě dvojmocného iontu. Např. sklo SIMAX® vyráběné s použitím čistých písků a dalších surovin vykazuje střední hodnotu spektrální propustnosti v oblasti viditelného a blízkého infračerveného záření cca 92 % při tloušťce skla 3 mm.
Možnosti zvýšení spektrální propustnosti tohoto skla snížením absorpce světelného záření jsou omezené a ekonomicky nevýhodné. V současnosti jsou proto používány metody, které vedou ke zvýšení spektrální propustnosti snížením odrazu záření na povrchu výrobků vytvářením antireflexních povrchových vrstev.
Z teoretického hlediska lze dosáhnout snížení reflexe na nulovou hodnotu jestliže platí:
Π vrstva (Π substrát)
Z tohoto vztahu vyplývá, že při indexu lomu skla SIMAX η = 1,474 je ideální hodnotou indexu lomu pro antireflexní vrstvu n = 1,214.
Vrstvy, které splňují tuto podmínku nejsou s ohledem na další požadované vlastnosti k danému účelu vždy vhodné. Byly ověřovány vrstvy na bázi Teflonu (n = 1,3), kyseliny fluorokřemičité, fluoridu křemičitého a vrstvy oxidu křemičitého. Z těchto jednosložkových vrstev se jako nejvhodnější jeví vrstvy oxidu křemičitého. Vrstva ze slinutého SiO2 vykazuje index lomu n = 1,45. Nanesení samotné vrstvy SiO2 bez dalších zásahů cílených ke snížení indexu lomu takových vrstev, může proto snížit reflexi jen nepatrně.
- 1 CZ 304081 B6
V literatuře jsou uváděny postupy, založené na principu metody sol-gel, které spočívají v nanesení více vrstev např. na bázi vrstev z oxidu křemičitého a titaničitého [1].
Příprava takto složených vrstev zvyšuje riziko špatné reprodukovatelnosti vlastností vrstev a značně prodražuje získaný produkt. Z toho důvodu se v současnosti upřednostňují jednosložkové vrstvy na bázi S1O2, které umožňují určitou variabilitu indexu lomu změnou jejich porozity, nebo přídavkem přísad. S přihlédnutím k ekologickým aspektům přípravy vrstev a stabilitě jejich vlastností ve vzdušném prostředí se jako výhodnější jeví vrstvy z čistého SÍO2 s proměnnou porozitou. Ty lze připravit nejsnáze metodou sol-gel, přičemž se jako prekurzor použije koloidní suspenze S1O2 ve vodě, nebo organická sloučenina, nejčastěji tetraethoxysilan - TEOS. Postupy použité pro přípravu vrstev s použitím těchto výchozích látek jsou popsány v několika článcích.
Vrstvy vytvořené s použitím koloidní suspenze oxidu křemičitého vykazovaly nejvyšší spektrální propustnost jestliže obsahovaly monodisperzní částice o velikosti cca 15 nm [2], U těchto vrstev bylo dosaženo snížení integrální hodnoty odrazu světla z původních 8 % u substrátu na 2,8 % u substrátu s vrstvou. Tyto vrstvy mají špatnou adhezi ke skleněnému substrátu a pokusy o zlepšení adheze zvýšením teploty finálního výpalu vrstev vedly ke zvýšení integrální hodnoty odrazu světla a tím ke snížení hodnoty spektrální propustnosti. Zvýšení spektrální propustnosti o cca 5 % oproti substrátu bylo dosaženo u vrstev připravených s použitím monodisperzních částic o velikosti 50 nm [3]. Také u těchto vrstev je nutné zlepšit jejich adhezi ke skleněnému substrátu zvýšením teploty výpalu opět za cenu mírného snížení spektrální propustnosti. Nedostatek malé mechanické odolnosti vrstev lze eliminovat použitím tetraethoxysilanu jako výchozího prekurzoru pro přípravu vrstev [4], Porozita vrstev je u těchto vrstev řízena přísadou polyethylenglykolu (PEG) a Tritonu X-100 (neionický detergent, polyethylenglykoltercoktylfenylether (Ci4H22O(C2H4O)n) s použitím amoniakální katalýzy. S těmito vrstvami, které jsou dostatečně mechanicky odolné, bylo dosaženo zvýšení světelné spektrální propustnosti z cca 91 % u skleněného substrátu až na hodnotu 97 % u skleněného substrátu s vrstvou. Údaje o spektrální propustnosti skel jsou závislé na způsobu výpočtu z křivky spektrální propustnosti, rozsahu vlnových délek, v němž byla křivka spektrální propustnosti změřena a na způsobu měření spektrální propustnosti, zvláště na úhlu dopadu světelného svazku. V určité míře závisí tento údaj také na době, která uplynula mezi výpalem vrstvy a časem měření křivky spektrální propustnosti [5].
V této citované literatuře sušení antireflexní vrstvy probíhá zpravidla při teplotě 60 °C, doba sušení kolísá od 1 do cca 5 hodin, a výše teploty výpalu antireflexní vrstvy se pohybuje v rozmezí 460 až 560 °C, čas teplotní výdrže se pohybuje v rozmezí 1 až 6 h.
V patentu US 2004/002918 Al je pro přípravu antireflexní vrstvy na povrchu sodnovápenatého skla použita směs obsahující částice [SiOx (OH)y]n surfaktanty a alkohol ze kterého se přídavkem amoniaku a destilací získá stabilní koloidní suspenze částic S1O2 ve vodě pro nanášení na povrch skla. Výhodou tohoto postupu je, že výpal nanesené vrstvy této koloidní suspenze lze spojit s termickým vytvrzením skla a získat tak výrobek s antireflexní vrstvou a se zvýšenou mechanickou pevností. Nevýhodou uvedeného postupuje práce s amoniakem a nutnost separace těkavých složek z výchozí směsi destilací. Podobné přednosti a nedostatky má postup přípravy antireflexních vrstev z oxidu křemičitého uváděný v patentu US 2002/0090519 Al.
Patent US 6 472 012 B2 je založen na nanášení roztoku alkoxidů křemíku v alkoholickém prostředí na povrch skla a následném vytvoření tenkého povrchového filmu v důsledku polykondenzačních reakcí. Postup je určen pro zlepšení spektrální propustnosti displejů typu LCD, PDP, optických skleněných prvků a pro výrobu antireflexních skel. Výhodou postupu je jednoduché složení a příprava výchozího roztoku, nevýhodou je obtížná regulace indexu lomu vrstvy změnou její pórovitosti.
Postup pro výrobu bezalkalických nebo nízkoalkalických skel se zvýšenou světelnou spektrální propustností založený na nanesení povrchové vrstvy s obsahem SÍO2 a P2O5 je uveden v patentu
-2CZ 304081 B6
US 6 998 177 B2. Výhodou tohoto postupuje, že umožňuje připravit antireflexní vrstvu s dobrou adhezi k povrchu skel s nízkým nebo žádným obsahem alkalických oxidů. Nevýhodou je práce s agresivní kyselinou fosforečnou.
Podle patentu US 2010/0118400 Al lze připravit antireflexní dvousložkovou vrstvu obsahující částice SiO2 dispergované v matrici TiO2. Mezi tuto antireflexní vrstvu a povrch skla je vložena mezivrstva s antikorozním účinkem. Výhodou tohoto řešení je možnost regulace pórovitosti antireflexní vrstvy v relativně širokém rozsahu, nevýhodou je složitější příprava výchozích roztoků a zvýšení obtížnost přípravy vrstvy spolu s ekonomickou náročností v důsledku dvojího povlakování povrchu skla.
Podstata vynálezu
Uvedené nevýhody se odstraní nebo podstatně omezí způsobem přípravy antireflexní vrstvy na povrchu výrobků z křemičitých a boritokřemičitých sklech, podle tohoto vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že pro antireflexní vrstvu na bázi SiO2 se připraví směs pro získání sólu ze dvou prekurzorů SiO2, a to alkoxidu křemíku a koloidní suspenze nanočástic SiO2 v molámím poměru od 0,3 až do 9. Koloidní suspenze nanočástic SiO2 je 30 až 50% vodná suspenze SiO2. Alkoxid křemíku je koncentrovaný TEOS - tetraethoxysilan. Směs dále obsahuje alkoholické rozpouštědlo a acetylaceton, minerální kyselinu, s výhodou kyselinu dusičnou nebo chlorovodíkovou, deionizovanou vodu a neionogenní detergent.
Hlavní výhodou tohoto způsobuje, že nárokovaná příprava antireflexních vrstev umožňuje zvýšit spektrální propustnost křemičitých a boritokřemičitých skel ve viditelné a blízké IC oblasti nanesením sólu s dobrou adhezi k povrchu tohoto skla. Použitím optimálního molámího poměru alkoxidu křemíku a vodné suspenze nanočástic SiO2 lze připravit jednorázovým potažením antireflexní povlak s proměnnou pórovitosti a příznivou hodnotou indexu lomu. Antireflexní povlak má velmi dobrou mechanickou odolnost a schopnost regenerace spektrální propustnosti po expozici výrobku s povlakem za atmosférických podmínek. Účinnost regenerace zaručuje zvýšenou spektrální propustnost oproti sklu bez antireflexní vrstvy.
Adhezi antireflexního povlaku k povrchu skleněného výrobku zvyšuje alkoxid křemíku. Zvýšené spektrální propustnosti je dosaženo přídavkem vodné suspenze SiO2 a neionogenního detergentu. Obě složky ovlivňují pórovitost a index lomu antireflexního povlaku, snižují reflexi a tím zvyšují spektrální propustnost skleněného výrobku. Minerální kyselina, s výhodou HNO3 nebo HCI, působí ve směsi jako katalyzátor hydrolýzy alkoxidu křemíku a následných polymeračních a polykondenzačních reakcí, které způsobí postupnou přeměnu sólu v gel. Proces gelatinizace je ukončen při sušení vrstvy nanesené na skleněný výrobek.
V navrhovaném a dlouhodobě odzkoušeném řešení, obsahuje směs následující složky pro přípravu antireflexní vrstvy, a to 22,5 až 45 mmol TEOSu, 6 až 60 mmol SiO2 koloidní suspenze ve vodě, 2 až 20 mmol neionogenního detergentu, 800 až 1500 mmol etanolu, 1 až 30 mmol acetylacetonu, 50 až 200 mmol deionizované vody a 0,5 až 2 mmol HNO3 či HCI.
Způsob přípravy antireflexní vrstvy na povrchu výrobků z křemičitých a boritokřemičitých skel podle tohoto vynálezu se provádí v několika následných krocích.
Nejprve se připraví směs smícháním TEOSu, SiO2 ve formě koloidní suspenze ve vodě, neionogenního detergentu, deionizované vody a minerální kyseliny, která se míchá po dobu 30 až 90 minut, s výhodou 60 minut, při otáčkách 20 až 60 za minutu.
Poté se přidají organická rozpouštědla ethanol a acetylaceton a směs se dále míchá po dobu 10 až 30 hodin, s výhodou 18 hodin, při otáčkách 20 až 60 za minutu. Organická rozpouštědla urychlují polymeraci a polykondenzaci tím, že rozpouštějí a ředí produkty probíhajících reakcí.
-3CZ 304081 B6
Získaný sol se nanáší potahováním, s výhodou metodou dip-coating, na povrch očištěného skleněného výrobku rychlostí v jednotkách až desítkách cm. min ', s výhodou rychlostí 6 až lOcm.min '. Bylo zjištěno, že způsob potahování skleněného výrobku nárokovaným sólem poskytuje antireflexní vrstvu s minimální tloušťkou 80 nm. Tato hodnota vzrůstá s rostoucí rychlostí potahování.
Skleněný výrobek s naneseným sólem se suší volně při pokojové teplotě nebo při ohřevu výrobku s naneseným sólem v počáteční fázi výpalu. Nárokované složky směsi pro sol a nárokovaný způsob výroby podle tohoto vynálezu umožňují sušení naneseného sólu na skleněném výrobku dokonce i při teplotě okolí.
Po sušení, při kterém se sol přemění na gel, se skleněný výrobek vypaluje v rozsahu od 500 °C do teplot nižších minimálně o 10 °C než je teplota měknutí skla, při době výdrže na teplotě výpalu minimálně 15 minut. Uvedené podmínky výpalu nanesené vrstvy sólu zabezpečují homogenitu, adhezi, vhodnou porozitu a index lomu antireflexního povlaku na skleněném výrobku.
Z důvodů dobré přilnavosti složek směsi na povrch skleněného výrobku je nutné, aby jeho povrch byl čistý nebo řádně očištěný. Proto je výhodné, když povrch skleněného výrobku se podrobí mytí tlakovou vodou a působení detergentu.
Také je velmi výhodné, když po ukončení míchání směsi složek pro antireflexní povlak se získaný sol nechá uzrát odleženém po dobu 24 h až 3 dny, což závisí též na době a intenzitě předchozího míchání směsi. Doporučené uzrání sólu zajišťuje dosažení stabilního stupně přeměny hydrolytických a polykondenzačních reakcí a přispívá tak k dlouhodobé stálosti vlastností sólu a usnadňuje jeho gelatinizaci.
Nárokovaným shora uvedeným způsobem se získá antireflexní vrstva na povrchu výrobků z křemičitých a boritokřemičitých skel na bázi SiO2, která má tloušťku minimálně 80 mm a index lomu η < 1,45 podle tohoto vynálezu. Podstata tohoto vynálezu spočívá v tom, že antireflexní vrstva je připravitelná ze sólu na bázi SiO2, obsahujícího směs složek, a to dvou prekurzorů SiO2, alkoxidu křemíku a koloidní suspenzi nanočástic SiO2, v molámím poměru od 0,37 až do 9. Koloidní suspenze nanočástic SiO2 je 30 až 50% vodná suspenze SiO2. Alkoxid křemíku je koncentrovaný TEOS - tetraethoxysilan. Směs též obsahuje alkoholické rozpouštědlo a acetylaceton, minerální kyselinu, s výhodou kyselinu chlorovodíkovou nebo dusičnou, deionizovanou vodu a neionogenní detergent.
Nárokovaný způsob přípravy antireflexních vrstev metodou sol-gel vychází ze sólu s obsahem dvou prekurzorů SiO2 : TEOS a vodné suspenze koloidního SiO2. Původní je rovněž celkové složení sólu, tj. množství dalších složek (detergent, acetylaceton, ethanol kyselina, voda) a vzájemný poměr obsahu všech složek v sólu, dále postup přípravy sólu - postup při míchání a doporučení pro odležení sólu před jeho použitím. Pro navržený způsob přípravy sólu byly stanoveny optimální podmínky nanášení, sušení a výpalu vrstev. Navrhované řešení přípravy antireflexních vrstev umožňuje zvýšit spektrální propustnost křemičitých a boritokřemičitých skel ve VlS-viditelné a blízké IC-infračervené oblasti nanesením sólu s dobrou adhezi k povrchu křemičitého nebo boritokřemičitého skla. Sol ze nanášet na povrch skleněných výrobků metodou dip-coating s použitím rychlosti vytahování výrobku ze sólu v rozmezí od 6 až 10 cm.min'. V závislosti na druhu potahovacího zařízení lze použít i rychlost vyšší. Sušení lze provádět za normální teploty, nebo je možné tento proces spojit s výpalem nanesených vrstev zahřátím výrobku s nanesenou vrstvou na teplotu nižší než je teplota měknutí skla.
Antireflexní vrstva podle tohoto vynálezu zvyšuje spektrální propustnost křemičitých a boritokřemičitých skleněných výrobků ve viditelné a blízké infračervené oblasti spektra až o 7 %, ve srovnání se skleněnými výrobky z křemičitých a boritokřemičitých skel bez této antireflexní vrstvy.
-4CZ 304081 B6
Tedy, světelná spektrální propustnost skel s nanesenou a vypálenou vrstvou je výrazně vyšší oproti původnímu sklu. Poloprovozní zkoušky ukázaly, že boritokřemičité sklo SIMAX® s takto připravenou vrstvou na výrobku o tloušťce stěny 3 mm vykazuje střední hodnotu integrální světelné spektrální propustnosti pro rozsah vlnových délek 300 až 1100 nm Tr = 97,33 % ve srovnání se sklem bez antireflexní vrstvy, kde Tr= 92,18 %.
Přehled obrázků na výkresech
Vynález je podrobně popsán na příkladných provedeních a je blíže osvětlen na připojených obrázcích spektrálních propustností, kde je uvedena spektrální propustnost skla SIMAX®, bez antireflexní vrstvy na křivce 1 a s antireflexní vrstvou na křivce 2, a to na obr. 1 pro příklad provedení 1, obr. 2 pro příklad provedení 2, obr. 3 pro příklad provedení 3 a obr. 4 pro příklad provedení 4.
Příklady provedení vynálezu
Optimální podmínky pro realizaci postupu přípravy vrstev jsou závislé na typu použitého skleněného výrobku a je nutné je upravit s ohledem na požadované vlastnosti výrobku s nanesenou antireflexní vrstvou. Při přípravě antireflexních povlaků na bázi oxidu křemičitého, které zlepšují spektrální propustnost skleněného výrobku, je nutné připravit povlaky s optimální porozitou. K. tomu je nutné určit optimální složení sólu, nanést vrstvu sólu o vhodné tloušťce na povrch skleněného výrobku a stanovit optimální teplotu a čas tepelného zpracování, tj. sušení a výpal výrobku s nanesenou vrstvou sólu. Pro získání vrstvy se zvýšenou spektrální propustností je nutné zvolit zvláště optimální poměr prekurzorů SiO2 a optimalizovat druh a množství dalších složek sólu. Dále je nutné určit podmínky nanášení vrstev a jejich tepelného zpracování.
Problematika přípravy antireflexních povlaků podle tohoto vynálezu se zvýšenou spektrální propustností zahrnovala tyto následující fáze:
a) Návrh a ověření postupu úpravy povrchu před nanesením vrstvy sólu.
b) Výběr složení výchozího sólu s ohledem na jeho stabilitu, homogenitu a dobrou adhezi k povrchu skla.
c) Ověření podmínek pro nanášení sólu korigovaného složení na povrch skleněného výrobku.
d) Experimentální zjištění optimálních podmínek tepelného zpracování nanesených vrstev, které po gelatinizaci a tepelném zpracování poskytnou požadované finální vlastnosti vrstvy, zejména adhezi, homogenitu, chemickou a mechanickou odolnost a sníženou reflexi světelného záření na povrchu vrstvy.
Řešení těchto fází je uvedeno dále podrobněji.
Ad a) Postup přípravy povrchu skleněného výrobku:
Je možné využít různé typy následných úprav: mechanické očištění povrchu, čištění ultrazvukem ve vodě a v ethanolu, opláchnutí deionizovanou vodou a osušení suchým vzduchem.
-5CZ 304081 B6
Příprava povrchu skla u všech příkladných provedení byla prováděna tlakovým mytím vodou v případě pevných nečistot a v případě mastných nečistot mytí detergentem a potom tlakové mytí vodou.
Ad b) Složení směsi pro přípravu antireflexních vrstev na bázi oxidu křemičitého:
Sol pro přípravu antireflexních vrstev se připraví smícháním TEOSu, SiO2 ve formě koloidni suspenze ve vodě, neionogenního detergentu, etanolu, acetylacetonu, vody a minerální kyseliny. Vzájemný poměr složek se pohybuje v rozmezí, které je uvedeno v následující tabulce:
TEOS 22,5 až 45 mmol
SiO2 koloidni suspenze ve vodě 6 až 60 mmol
Neionogenní detergent 2 až 20 mmol
Etanol 800 až 1500 mmol
Acetylaceton 1 až 30 mmol
Voda deionizovaná 50 až 200 mmol
HNO3 či HCI 0,5 až 2 mmol
Charakteristika složek sólu je následující:
- TEOS jako zkratka tetraethoxysilanu, TEOS je koncentrovaný;
- koloidni suspenze SiO2 ve vodě o obsahu 30 až 50 % SiO2, pro příkladná provedení byl použit výrobek LUDOX, který obsahuje 30 % hmotn. SiO2, specifický povrch částic SiO2 činí 220 m2g_1, pH suspenze = 9,8 ajejí hustota je 1,21 g.mf' při 25 °C;
- neionogenní detergent, pro příkladná provedení byl použit např. Triton X-100, alkylfenolhydroxypolyethylen;
- deionizovaná voda;
- organická rozpouštědla, jako je alkylalkohol, např. etanol s přídavkem acetylacetonu;
- minerální kyselina, lze použít kteroukoliv běžnou kyselinu o čistotě p.a., s výhodou HNO3, HCL atp.
Ad c) Příprava sólu a nanášení sólu na povrch skleněného výrobku
Postup přípravy solů je komplikován nutností dodržovat určitý sled při míchání jednotlivých složek sólu, dobou míchání a časem odležení částí sólu, nebo sólu jako celku.
V příkladných provedeních tohoto vynálezu bylo postupováno tak, že uvedené složky se smíchaly, vyjma organických rozpouštědel etanolu a acetylacetonu, a podrobily se míchání, po dobu 30 až 90 minut, s výhodou 60 minut, při otáčkách 20 až 60 otáček za minutu. Poté se do směsi přidaly organická rozpouštědla ethanol a acetylaceton, která byla míchána po dobu 10 až 30 hodin, s výhodou 18 hodin, při otáčkách 20 až 60 za minutu.
Při delším intenzivním míchání lze sol použít bezprostředně po smíchání všech složek.
Při přípravě sólu je výhodné sol nechat dozrát jeho odležením. Doporučená doba odležení sólu je 40 24 h až 3 dny v závislosti na době a intenzitě míchání směsi. Stabilita vlastností takto získaného sólu je min. 30 dnů, ale i více.
Nejčastěji používaný způsob nanášení spočívá v ponoření skleněného výrobku do sólu a vytažení skleněného výrobku ze sólu definovanou rychlostí tzv. metodou dip-coating. Rychlost vysuno45 vání skleněného výrobku ze sólu je zvolena s ohledem na tloušťku antireflexní vrstvy, která je optimální pro dosažení maximálního zvýšení spektrální propustnosti.
-6CZ 304081 B6
Rychlost potahování, v závislosti na použitém potahovacím zařízení, byla v jednotkách až desítkách cm.min“1, s výhodou byla použita optimální rychlost 6 až 10 cm.min“1.
Ad d) Tepelné zpracování - sušení a výpal:
Tepelné zpracování skleněného výrobku s nanesenou vrstvou sólu zahrnuje sušení a vysokoteplotní výpal. Vzhledem k malé tloušťce nanesené antireflexní vrstvy může být proces sušení spojen s výpalem. Podmínky výpalu určují stupeň slinutí antireflexní vrstvy, od kterého závisí porozita a index lomu vrstvy.
Skleněný výrobek s naneseným sólem, v příkladných provedeních, se sušil volně při pokojové teplotě nebo při ohřevu výrobku s naneseným sólem v počáteční fázi výpalu.
Teplota výpalu skleněného výrobku s antireflexní vrstvou podle tohoto vynálezu je v rozsahu od
500 °C do teplot nižších minimálně o 10 °C, než je teplota měknutí tepla. Doba výdrže na teplotě výpalu činí minimálně 15 minut.
Dále jsou uvedena příkladná provedení, a ke každému příkladnému provedení je připojen graf spektrální propustnosti, kde křivka 1 znázorňuje spektrální propustnost skla SIMAX® bez antireflexní vrstvy a křivka 2 znázorňuje spektrální propustnost skla SIMAX® s antireflexní vrstvou podle tohoto vynálezu.
Příklad 1 (Obr. 1)
501 byl připraven smícháním 45 mmol TEOSu, 17 Tritonu, 6 mmol koloidní vodné suspenze SiO2 (LUDOX), 110 mmol vody a 1 ml 1M HNO3. Po 60 minutovém míchání bylo přidáno 20 mmol acetylacetonu a 1300 mmol etanolu. Směs byla dále míchána po dobu cca 18 hodin. Takto připravený sol byl nanášen metodou dip-coating na vzorky trubice skla SIMAX®. Rychlost potahování činila 6 cm/min., po usušení na vzduchu byl proveden výpal při teplotě 500 °C, s výdrží 15 min. Vzrůst teploty byl 5 °C/min.
Z obr. 1 je patrný nárůst spektrální propustnosti skla s antireflexní vrstvou v celém rozsahu vlnových délek s maximem při cca 570 nm, kde zvýšení spektrální propustnosti činí cca 6 %.
Příklad 2 (Obr. 2)
Sol byl připraven smícháním 45 mmol TEOSu, 8,55 mmol Tritonu, 30 mmol koloidní vodné suspenze SiO2 a 110 mmol vody a 1 ml 1M HNO3. Po 60 minutovém míchání bylo přidáno 20 mmol acetylacetonu a 1300 mmol etanolu. Směs byla dále míchána po dobu cca 18 hodin. Takto připravený sol byl nanášen metodou dip-coating na vzorky trubice skla SIMAX®. Rychlost potahování činila 6 cm/min., po usušení na vzduchu byl proveden výpal při teplotě 500 °C, s výdrží 15 min. Vzrůst teploty byl 5 °C/min.
Z obr. 2 je patrné zvýšení spektrální propustnosti v celém rozsahu vlnových délek s maximem při cca 720 nm, kde zvýšení spektrální propustnosti činí cca 7 %.
-7CZ 304081 B6
Příklad 3 (Obr. 3)
Sol byl přípraven smícháním 22,5 mmol TEOSu, 8,55 mmol Tritonu, 6 mmol koloidní vodné suspenze SiO2 a 110 mmol vody a 1 ml 1M HNO3. Po 60 minutovém míchání bylo přidáno 20 mmol acetylacetonu a 1300 mmol etanolu. Směs byla dále míchána po dobu cca 18 hodin. Takto připravený sol byl nanášen metodou dip-coating na vzorky trubice skla S1MAX®. Rychlost potahování činila 6 cm/min., po usušení na vzduchu byl proveden výpal při teplotě 500 °C, s výdrží 15 min. Vzrůst teploty byl 5 °C/min.
Je patrné, že vzorek s antireflexní vrstvou připravenou podle postupu uvedeného v příkladu 3 vykazuje zvýšení spektrální propustnosti v celém rozsahu vlnových délek s maximem spektrální propustnosti při cca 600 nm, kde zvýšení činí cca 6,5 %.
Příklad 4 (Obr. 4)
Antireflexní vrstva na skle SIMAX® byla ověřována poloprovozními zkouškami v Kavalierglass a.s. Sol byl připraven postupem podle příkladu 1, kteiý byl zčásti modifikován podle provozních podmínek.
Na obr. 4 je ukázáno měření hodnoty spektrální propustnosti provedené na trubicích skla SIMAX® při poloprovozních zkouškách v Kavalierglass a.s. Měření potvrdilo, že sklo o tloušťce stěny 3 mm s antireflexní vrstvou podle vynálezu vykazuje maximální hodnotu propustnosti při vlnové délce cca 750 nm. Vypočtená integrální hodnota spektrální propustnosti pro rozsah vlnových délek 300 až 1100 nm činí Tr = 97,33 %, ve srovnání se sklem bez antireflexní vrstvy, kde Tr = 92,18%.
Průmyslová využitelnost
Řešení je určeno pro zvýšení spektrální propustnosti křemičitých a boritokřemičitých skel v oblasti viditelné a blízké infračervené oblasti spektra nanesením antireflexní vrstvy na povrch skleněného výrobku. Toto řešení je možno použít u všech typů křemičitých, s výhodou boritokřemičitých výrobků, kde je spektrální propustnost požadována, např., pro konstrukci solárních kolektorů a fotovoltaických elektráren, u skel pro zasklení prostor s vysokými nároky na prosvětlení slunečním zářením, pro výrobu katodových trubic a u speciálních autoskel a skel pro stavebnictví. Řešení umožňuje přípravu antireflexních povlaků i na plochých výrobcích.

Claims (8)

  1. PATENTOVÉ NÁROKY
    1. Způsob přípravy antireflexní vrstvy na povrchu výrobků z křemičitých a boritokřemičitých skel, při němž se na čistý povrch skleněného výrobku nanáší sol pro přípravu antireflexní vrstvy na bázi SiO2, sol se připraví ze směsi prekurzoru SiO2, organického rozpouštědla, anorganické kyseliny a vody, směs se podrobí míchání složek, po získání sólu a jeho nanesení na výrobek se výrobek vysuší a vypálí, vyznačující se tím, že pro antireflexní vrstvu na bázi SiO2 se připraví směs pro získání sólu ze dvou prekurzorů SiO2, a to
    -8CZ 304081 B6 alkoxidu křemíku a koloidní suspenze nanočástic SÍO2 v molámím poměru od 0,3 až do 9, kde koloidní suspenze nanočástic SiO2 je 30 až 50% vodná suspenze SiO2, alkoxidem křemíku je koncentrovaný tetraethoxysílán (TEOS), přičemž směs dále obsahuje alkoholické rozpouštědlo a acetylaceton, minerální kyselinu, s výhodou kyselinu chlorovodíkovou nebo dusičnou, deionizovanou vodu a neionogenní detergent.
  2. 2. Způsob přípravy antireflexní vrstvy na povrchu výrobků z křemičitých a boritokřemičitých skel podle nároku 1, vyznačující se tím, že pro antireflexní vrstvu na bázi SiO2 se připraví směs pro získání sólu ze složek v rozmezí:
    TEOS
    22,5 až 45 mmol
    SiO2 koloidní suspenze ve vodě 6 až 60 mmol Neionogenní detergent Etanol
    Acetylaceton Voda deionizovaná 1 Μ EINOj či HC1 až 20 mmol 800 až 1500 mmol 1 až 30 mmol 50 až 200 mmol 0,5 až 2 mmol.
  3. 3. Způsob přípravy antireflexní vrstvy na povrchu výrobků z křemičitých a boritokřemičitých skel podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že se provádí v několika krocích:
    A) připraví se směs smícháním TEOSu, SiO2 ve formě koloidní suspenze ve vodě, neionogenního detergentů, deionizované vody a minerální kyseliny, která se míchá po dobu 30 až 90 minut, s výhodu 60 minut, při otáčkách 20 až 60 za minutu,
    B) poté se přidají organická rozpouštědla ethanol a acetylaceton a směs se dále míchá po dobu 10 až 30 hodin, s výhodou 18 hodin, při otáčkách 20 až 60 za minutu,
    C) potom se sol nanáší potahováním, s výhodou metodou dip-coating na povrch očištěného skleněného výrobku rychlostí v jednotkách až desítkách cm.min1, s výhodou rychlostí 6 až 10 cm.min1,
    D) načež se skleněný výrobek s naneseným sólem suší volně při pokojové teplotě nebo při ohřevu výrobku s naneseným sólem v počáteční fázi výpalu,
    E) a pak se skleněný výrobek vypaluje v rozsahu od 500 °C do teplot nižších minimálně o 10 °C než je teplota měknutí skla, při době výdrže na teplotě výpalu minimálně 15 minut.
  4. 4. Způsob přípravy antireflexní vrstvy na povrchu výrobků z křemičitých a boritokřemičitých skel podle některého z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že z důvodů přilnavosti složek směsi na povrch skleněného výrobku před působením směsi se povrch skleněného výrobku podrobí mytí tlakovou vodou a působení detergentů.
  5. 5. Způsob přípravy antireflexní vrstvy na povrchu výrobků z křemičitých a boritokřemičitých skel podle nároku 3, vyznačující se tím, že po ukončení míchání směsi složek pro antireflexní povlak se získaný sol nechá uzrát odležením po dobu 24 h až 3 dny.
  6. 6. Antireflexní vrstva na povrchu výrobků z křemičitých a boritokřemičitých skel na bázi SiO2, která má tloušťku minimálně 80 nm a index lomu n < 1,45, připravitelná ze sólu na bázi SiO2, obsahujícího směs prekurzoru SiO2, organického rozpouštědla, anorganické kyseliny a vody, podle nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že
    -9CZ 304081 B6 směs pro získání sólu pro antireflexní vrstvu na bázi SiO2, obsahuje dva prekurzory SiO2, a to alkoxid křemíku a koloidni suspenzi nanočástic SiO2 v poměrném obsahu od 0,37 až do 9, kde koloidni suspenze nanočástic SiO2 je 30 až 50% vodná suspenze SiO2, alkoxidem křemíku je koncentrovaný tetraethoxysilan (TEOS) přičemž směs dále obsahuje alkoholické rozpouštědlo a acetylaceton, minerální kyselinu, s výhodou kyselinu chlorovodíkovou nebo dusičnou, deionizovanou vodu a neionogenní detergent.
  7. 7. Antireflexní vrstva na povrchu výrobků z křemičitých a boritokřemičitých skel na bázi SiO2, která má tloušťku minimálně 80 nm a index lomu η < 1,45, podle nároku 6, vyznačující se t í m , že směs pro získání sólu pro antireflexní vrstvu na bázi SiO2 obsahuje
    TEOS
    22,5 až 45 mmol
    SiO2 koloidni suspenze ve vodě 6 až 60 mmol
    Neionogenní detergent Etanol
    Acetylaceton Voda deionizovaná 1 M HNO3 či HCI až 20 mmol 800 až 1500 mmol 1 až 30 mmol 50 až 200 mmol 0,5 až 2 mmol.
  8. 8. Antireflexní vrstva na povrchu výrobků z křemičitých a boritokřemičitých skel na bázi SiO2, která má tloušťku minimálně 80 nm a index lomu n < 1,45, podle nároku 6 nebo 7, vyznačující se tím, že zvyšuje spektrální propustnost křemičitých a boritokřemičitých skleněných výrobků ve viditelné a blízké infračervené oblasti spektra až o 7 %.
    výkresy
    -10CZ 304081 B6
    370 470 570 670 770 870 vlnová délka (nm)
    Obr.1
    370 470 570 670 770 870 vlnová délka (nm)
    Obr. 2
    - 11 CZ 304081 B6
    400 500 600 700 800 900 vlnová délka (nm)
CZ20120223A 2012-03-30 2012-03-30 Zpusob prípravy antireflexní vrstvy na povrchu výrobku z kremicitých a boritokremicitých skel a antireflexní vrstva CZ304081B6 (cs)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ20120223A CZ304081B6 (cs) 2012-03-30 2012-03-30 Zpusob prípravy antireflexní vrstvy na povrchu výrobku z kremicitých a boritokremicitých skel a antireflexní vrstva

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ20120223A CZ304081B6 (cs) 2012-03-30 2012-03-30 Zpusob prípravy antireflexní vrstvy na povrchu výrobku z kremicitých a boritokremicitých skel a antireflexní vrstva

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ2012223A3 CZ2012223A3 (cs) 2013-10-02
CZ304081B6 true CZ304081B6 (cs) 2013-10-02

Family

ID=49232753

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ20120223A CZ304081B6 (cs) 2012-03-30 2012-03-30 Zpusob prípravy antireflexní vrstvy na povrchu výrobku z kremicitých a boritokremicitých skel a antireflexní vrstva

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ304081B6 (cs)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CS244156B1 (cs) * 1984-06-13 1986-07-17 Jiri Jankuj Způsob výroby vícenásobných antireflexních vrstev
CS251633B1 (cs) * 1984-11-01 1987-07-16 Milos Horky Způsob vytváření dvojité antireflexní vrstvy na podložce z optických skel
EP0698798A2 (de) * 1994-08-26 1996-02-28 Leybold Aktiengesellschaft Beschichtete optische Kunststofflinse
WO2002032823A1 (de) * 2000-10-18 2002-04-25 Flabeg Solarglas Gmbh & Co. Kg THERMISCH VORGESPANNTES GLAS MIT EINER ABRIEBFESTEN, PORÖSEN SiO2-ANTIREFLEXSCHICHT
US20030170465A1 (en) * 2002-03-06 2003-09-11 Marta Krzyzak Method of making a glass body with a phosphorous- and porous SiO2-containing coating, glass body made thereby and solution for making same
US6918957B2 (en) * 2000-10-18 2005-07-19 Merck Patent Gmbh Aqueous coating solution for abrasion-resistant SiO2 antireflection layers
CZ20041035A3 (cs) * 2002-04-25 2006-02-15 Ppg Industries Ohio, Inc. Zpusob menení prostupnosti výrobku s povlakem providitelné svetlo, zpusob vytvárení výrobku s povlakem a výrobky s povlakem
CN101497499A (zh) * 2008-01-30 2009-08-05 肖特公开股份有限公司 制备硼硅酸盐玻璃体上的耐擦拭抗反射层的方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CS244156B1 (cs) * 1984-06-13 1986-07-17 Jiri Jankuj Způsob výroby vícenásobných antireflexních vrstev
CS251633B1 (cs) * 1984-11-01 1987-07-16 Milos Horky Způsob vytváření dvojité antireflexní vrstvy na podložce z optických skel
EP0698798A2 (de) * 1994-08-26 1996-02-28 Leybold Aktiengesellschaft Beschichtete optische Kunststofflinse
WO2002032823A1 (de) * 2000-10-18 2002-04-25 Flabeg Solarglas Gmbh & Co. Kg THERMISCH VORGESPANNTES GLAS MIT EINER ABRIEBFESTEN, PORÖSEN SiO2-ANTIREFLEXSCHICHT
US6918957B2 (en) * 2000-10-18 2005-07-19 Merck Patent Gmbh Aqueous coating solution for abrasion-resistant SiO2 antireflection layers
US20030170465A1 (en) * 2002-03-06 2003-09-11 Marta Krzyzak Method of making a glass body with a phosphorous- and porous SiO2-containing coating, glass body made thereby and solution for making same
CZ20041035A3 (cs) * 2002-04-25 2006-02-15 Ppg Industries Ohio, Inc. Zpusob menení prostupnosti výrobku s povlakem providitelné svetlo, zpusob vytvárení výrobku s povlakem a výrobky s povlakem
CN101497499A (zh) * 2008-01-30 2009-08-05 肖特公开股份有限公司 制备硼硅酸盐玻璃体上的耐擦拭抗反射层的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CZ2012223A3 (cs) 2013-10-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2002338733B2 (en) Novel hybrid sol for producing abrasion-resistant SiO2 antireflection coatings
JP4278975B2 (ja) 耐摩耗性の多孔質SiO2反射防止膜を有する安全ガラス
US7575809B2 (en) Glass having a porous anti-reflection surface coating and method for producing such glass
CN101935168B (zh) 表面具有光催化功能的自洁减反膜制备方法
CN101531468B (zh) 折射率可控的多孔性二氧化硅减反膜的制备方法
JP2002180003A (ja) 磨耗耐性のあるSiO2反射防止層用の水性コーティング溶液
CN105754381B (zh) 一种纳米增透镀膜液及其制备方法和应用
CN103508678A (zh) 耐磨的含有介孔的增透涂层的制备方法及耐磨的含有介孔的增透涂层
CN104230178A (zh) 一种改性多孔性二氧化硅减反膜的制备方法
CN108841213B (zh) 用于在基材上喷涂溶胶-凝胶薄膜的方法和配方
CN103771727A (zh) 减反射玻璃基板及其制法和用途
CN107076876A (zh) 低反射涂层、玻璃板、玻璃基板、以及光电转换装置
CN103757618A (zh) 一种适用于不同基底的减反射膜的制备方法
CN104418509A (zh) 耐磨及超疏水的宽光谱增透涂层的制备方法
US20160340234A1 (en) Anti-corrosion anti-reflection glass and related methods
CN103044977B (zh) 可形成亲水自清洁减反射膜涂料的制备方法
CN104628265A (zh) 一种多层宽光谱疏水型太阳能电池增透膜及其制备方法
CN105461234B (zh) 疏水自清洁减反射涂层及其制备方法
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
CN110272645B (zh) 一种可重涂增透的超疏水涂料及其制备方法和应用
CN103508681B (zh) 超亲水增透涂层的制备方法及超亲水增透涂层
CN106291779A (zh) 一种具有高强度耐湿热减反增透涂层的制备方法
CN102976626A (zh) 一种使用溶胶-凝胶法制备MgF2减反射膜的方法
CN101628827A (zh) 一种陶瓷基体上疏水涂层及其制备方法
CZ304081B6 (cs) Zpusob prípravy antireflexní vrstvy na povrchu výrobku z kremicitých a boritokremicitých skel a antireflexní vrstva

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Patent lapsed due to non-payment of fee

Effective date: 20200330