專利名稱：一種二氧化硅減反射膜的制備方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于光學元件的制備領域，具體涉及一種二氧化硅減反射涂層的制備方法。
背景技術(shù)：
減反射膜又稱為增透膜，是通過薄膜的相增、相減干涉減少光的反射，從而提高光在玻璃材料中的透過。玻璃表面的減反射膜可提高光學組件的光學透過率，減少表面反射損失，在計算機顯示器、激光系統(tǒng)和太陽能電池等領域得到了廣泛應用。
目前減反射膜最常見的制備方法是溶膠-凝膠法，例如專利申請CN200910109437. 8、CN98123529. 8以硅酸乙酯為前驅(qū)制備了單層二氧化硅減反射膜，專利申請 CN20101050920. I、CN20101050748. I、CN201010122123. 4 以硅酸乙酯和鈦酸丁酯為前驅(qū)制備了二氧化硅-二氧化鈦雙層復合減反射膜。但是溶膠-凝膠法在制備減反射膜的過程中膜層孔隙率的可控性較差，致使減反射膜的折射率很難穩(wěn)定，尤其是多層膜之間的相互匹配很難實現(xiàn)。液相浸蝕法也是一種減反射膜的制備方法，該方法采用氟硅酸的二氧化硅飽和溶液對玻璃進行浸蝕，在玻璃表面制備多孔二氧化硅減反射膜，專利CN201110059381. 7和CN201110066190. 3均采用了該方法，但是該方法只能浸蝕鈉鈣玻璃，對硼娃玻璃無能為力，且存在氟污染的風險。專利201010191587. O采用六甲基娃氧燒和氧氣在無極高頻放電線圈離化作用下制備二氧化硅減反射膜，但是該技術(shù)存在只能在玻璃管內(nèi)壁制備減反射膜外壁不能實現(xiàn)的弊端，同時制備過程中有殘留有害氣體。提拉鍍膜法是把需要鍍膜的基片浸入溶液中，通過預先設置的速度，在一定的溫度和空氣環(huán)境下將基片慢慢提拉出來。提拉鍍膜對鍍膜液的要求較低，鍍膜更加均勻，將這種方法用于制備減反射膜，可望獲得更好的效果。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種二氧化硅減反射膜的制備方法。本發(fā)明目的通過下述技術(shù)方案來實現(xiàn)一種二氧化硅減反射膜的制備方法，包括步驟I)鍍膜用提拉鍍膜的方法將硅酸鹽溶液鍍在玻璃表面；2)烘烤鍍膜后的玻璃在100-120°C下烘烤20_30min ；3)浸蝕烘烤后的玻璃在95-98%重量比例的硫酸中浸蝕；4)燒結(jié)硫酸浸蝕后的玻璃在200-500°C下燒結(jié)。其中，所述步驟I)中的玻璃是經(jīng)過清洗和干燥的玻璃。清洗過程中可先用洗滌劑將玻璃反復清洗，然后用去離子水沖洗，以水膜均勻干燥后無水潰為干凈標準，最后放入烘箱中烘干。其中，所述步驟I)中的硅酸鹽溶液為選自硅酸鈉、硅酸鉀、硅酸鋰中的一種或幾種的溶液，其濃度為O. 1-1. OmoI/LO用去離子水配制一定濃度的硅酸鹽溶液，用抽濾泵抽濾，抽濾介質(zhì)為中速濾紙，將溶液中雜質(zhì)過濾干凈，并添加適量的表面活性劑。其中，所述硅酸鹽溶液還含有O. 5_1%。重量比例的表面活性劑，所述表面活性劑選自山梨醇、十八烷基硫酸鈉、十二烷基磺酸鈉中的一種或多種。其中，所述步驟I)中的提拉鍍膜進行時，還對位于硅酸鹽溶液液面上的玻璃進行干燥。其中，所述提拉鍍膜的溫度為20_30°C，提拉鍍膜時玻璃和硅酸鹽溶液的相對速度·為5-30cm/min。提拉鍍膜時可以采用將玻璃提拉的方式，浸潰提拉鍍膜對溶液的粘度沒有特殊要求，膜的均勻性和可控性較好，且可實現(xiàn)玻璃管或玻璃板內(nèi)外壁同時鍍膜。比液面下降和噴涂的方法有更高的效率，得到更均勻的膜。優(yōu)選地，所述提拉鍍膜時玻璃和硅酸鹽溶液的相對速度為10-15cm/min。其中，所述步驟3)中在硫酸中浸蝕的時間為10-20S，浸蝕后還包括用水沖洗的步驟。硅酸鹽溶液在玻璃表面鍍膜后，經(jīng)過硫酸浸蝕，生成二氧化硅膜。以硅酸鈉為例，其反應式如下式(I)Na2Si03+H2SO4=Na2S04+SiO2 I +H2O (I)硫酸浸蝕后用清水將殘留酸液沖洗干凈，并用去離子水過一遍，避免出現(xiàn)水潰。其中，所述步驟4)中的燒結(jié)時間為20_40min。燒結(jié)設備的升溫速度控制為20-25 0C /min。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明的方法所制備的覆有二氧化硅減反射膜的玻璃，其透過率在原有基礎上提高了 4飛％。制備的減反射硼硅玻璃在25(T2500nm范圍內(nèi)均具有顯著的增透效果，玻璃透過率由91. 4%提高到96. 1%，整體提高了 4. 7%，尤其在550nm處，透過率達到99%，基本實現(xiàn)零反射。以本發(fā)明方法所制備的覆有二氧化硅減反射膜的玻璃，在玻璃表面形成一層二氧化硅膜，在太陽光下能夠觀察到呈藍紫色的干涉色。干涉越偏向紫色干涉，玻璃的透過性能越好。出現(xiàn)藍紫色干涉后，隨著膜厚增加，干涉色向藍色偏移，膜厚減薄，干涉色向棕褐色偏移。采用本技術(shù)方案提供的玻璃不僅可以使玻璃后面的圖像更加清晰，而且將顯著提高太陽能光熱、光伏組件的效率，對太陽能的利用將起到極大的促進作用。
圖I為本發(fā)明的二氧化硅減反射膜制備方法的流程圖。圖2為減反射效果對比圖。
具體實施例方式以下實施例進一步說明本發(fā)明的內(nèi)容，但不應理解為對本發(fā)明的限制。若未特別指明，實施例中所用的技術(shù)手段和設備均為本領域技術(shù)人員所熟知的常規(guī)手段和設備。實施例中，所用提拉機為青島眾瑞智能儀器有限公司產(chǎn)ZY4210浸潰提拉鍍膜機，所用玻璃輔助干燥設備為紅外線鎢燈實施例I
按照圖I的流程，首先將硼硅3. 3玻璃(中國秦皇島賀平商貿(mào)有限公司)切割成5cm*10cm的長方形小塊；玻璃清洗清洗過程中可先用洗滌劑(洗衣粉)將玻璃反復清洗，然后用去離子水沖洗，以水膜均勻干燥后無水潰為干凈標準，最后放入烘箱中100°C烘干30min ；配制硅酸鹽溶液，用去離子水配制O. 5mol/L的硅酸鈉(北京化工試劑廠，分析純)溶液，用抽濾泵抽濾，使用中速濾紙，將溶液中雜質(zhì)過濾干凈，并添加O. 5wt%。十八烷基硫酸鈉。提拉鍍膜，將玻璃浸入硅酸鈉溶液中，以lOcm/min的速度垂直提拉，并調(diào)整輔助干燥設備功率為1000W，使膜固化速度為lOcm/min。使膜固化的設備是輔助干燥設備，設置 在溶液上表面處。當玻璃從溶液中提拉出來，經(jīng)過固化輔助干燥設備時，附著在玻璃表面溶液中的水分被蒸發(fā)，在玻璃表面留下一層固態(tài)膜。干燥設備為紅外加熱，與玻璃不接觸，一般認為固化速度與提拉速度相同。即玻璃提拉出來后，往上運行很短的距離即被干燥固化。待硅酸鹽涂層完全固化后，放入烘箱中120°C烘烤20min，使硅酸鹽與玻璃完全相融合。濃硫酸浸蝕，玻璃冷卻至室溫后浸入98%濃硫酸(北京化工試劑廠，分析純)中侵蝕10s，然后用清水將殘留酸液沖洗干凈，并用去離子水過一遍，避免出現(xiàn)水潰。高溫燒結(jié)，將清洗干凈的玻璃放進高溫爐中在300°C氛圍中燒結(jié)35分鐘，升溫速度控制在20°C /min。得到的玻璃在玻璃表面形成一層二氧化硅膜，在太陽光下能夠觀察到呈藍紫色的干涉色。在波長0-2500nm下測試其透過率，并用沒有鍍二氧化硅減反射膜的硼硅3. 3玻璃對比，對比效果見圖2。圖中，上方曲線為本實施例制備的鍍有二氧化硅減反射膜的玻璃(鍍膜玻璃)，下方曲線為原硼硅3. 3玻璃(原玻璃)。由圖2可知，本實施例制備的減反射硼硅玻璃在25(T2500nm范圍內(nèi)均具有顯著的增透效果，測試玻璃透過率(采用帶積分球的U-4100紫外可見近紅外分光光度計，日立公司)由91. 4%提高到96. 1%，整體提高了 4. 7%，尤其在550nm處，透過率達到99%，基本實現(xiàn)零反射。實施例2玻璃清洗，清洗過程中可先用洗滌劑將玻璃反復清洗，然后用去離子水沖洗，以水膜均勻干燥后無水潰為干凈標準，最后放入烘箱中烘干；配制硅酸鹽溶液，用去離子水配制O. 6mol/L的硅酸鈉(北京化工試劑廠，分析純)、硅酸鉀(北京化工試劑廠，分析純)混合溶液，硅酸鈉、硅酸鉀摩爾比為2:4，用抽濾泵抽濾，抽濾介質(zhì)為中速濾紙，將溶液中雜質(zhì)過濾干凈，并添加O. 8wt%。的山梨醇。提拉鍍膜，將玻璃浸入硅酸鹽混合溶液中，以15cm/min的速度垂直提拉，并調(diào)整輔助干燥設備功率為1500W，使膜以15cm/min速度固化。待混合硅酸鹽涂層完全固化后，放入烘箱中100°C烘烤30min，使硅酸鹽與玻璃完
全相融合。濃硫酸浸蝕，玻璃冷卻至室溫后浸入98%濃硫酸(北京化工試劑廠，分析純)中侵蝕15s，然后用清水將殘留酸液沖洗干凈，并用去離子水過一遍，避免出現(xiàn)水潰。高溫燒結(jié)，將清洗干凈的玻璃放進高溫爐中在400°C氛圍中燒結(jié)30分鐘，升溫速度控制在25°C /min。
本實施例制得的玻璃光學實驗達到和實施例I同樣的效果。實施例3玻璃清洗，清洗過程中可先用洗滌劑將玻璃反復清洗，然后用去離子水沖洗，以水膜均勻干燥后無水潰為干凈標準，最后放入烘箱中烘干；配制硅酸鹽溶液，用去離子水配制O. 8mol/L的硅酸鋰(北京化工試劑廠，分析純)溶液，用抽濾泵抽濾，將溶液中雜質(zhì)過濾干凈，并添加I. 0wt%。的山梨醇。提拉鍍膜，將玻璃浸入硅酸鹽混合溶液中，以15cm/min的速度垂直提拉，并調(diào)整輔助干燥設備功率使膜以15cm/min速度固化。待混合硅酸鹽涂層完全固化后，放入烘箱中110°C烘烤25min，使硅酸鹽與玻璃完全相融合。 濃硫酸浸蝕，玻璃冷卻至室溫后浸入95%濃硫酸(北京化工試劑廠，分析純)中侵蝕20s，然后用清水將殘留酸液沖洗干凈，并用去離子水過一遍，避免出現(xiàn)水潰。高溫燒結(jié)，將清洗干凈的玻璃放進高溫爐中在200°C氛圍中燒結(jié)40分鐘，升溫速度控制在20°C /min。本實施例制得的玻璃光學實驗達到和實施例I同樣的效果。雖然，上文中已經(jīng)用一般性說明及具體實施方案對本發(fā)明作了詳盡的描述，但在本發(fā)明基礎上，可以對之作一些修改或改進，這對本領域技術(shù)人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本發(fā)明精神的基礎上所做的這些修改或改進，均屬于本發(fā)明要求保護的范圍。
權(quán)利要求
1.一種二氧化硅減反射膜的制備方法，包括步驟 1)鍍膜用提拉鍍膜的方法將硅酸鹽溶液鍍在玻璃表面； 2)烘烤鍍膜后的玻璃在100-120°C下烘烤20-30min； 3)浸蝕烘烤后的玻璃在95-98%重量比例的硫酸中浸蝕； 4)燒結(jié)硫酸浸蝕后的玻璃在200-500°C下燒結(jié)。
2.如權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述步驟I)中的玻璃是經(jīng)過清洗和干燥的玻璃。
3.如權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述步驟I)中的硅酸鹽溶液為選自硅酸鈉、硅酸鉀、硅酸鋰中的一種或幾種的溶液，其濃度為O. 1-1. OmoI/LO
4.如權(quán)利要求1-3任一所述的制備方法，其特征在于，所述硅酸鹽溶液還含有O.5-1%。重量比例的表面活性劑，所述表面活性劑選自山梨醇、十八烷基硫酸鈉、十二烷基磺酸鈉中的一種或多種。
5.如權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述步驟I)中的提拉鍍膜進行時，還對位于硅酸鹽溶液液面上的玻璃進行干燥。
6.如權(quán)利要求I或5所述的制備方法，其特征在于，所述提拉鍍膜時硅酸鹽溶液的溫度為20-30°C，提拉鍍膜時玻璃和硅酸鹽溶液的相對速度為5-30cm/min。
7.如權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述提拉鍍膜時玻璃和硅酸鹽溶液的相對速度為10_15cm/min。
8.如權(quán)利要求1-3任一所述的制備方法，其特征在于，所述步驟3)中在硫酸中浸蝕的時間為10-20s,浸蝕后還包括用水沖洗的步驟。
9.如權(quán)利要求1-3任一所述的制備方法，其特征在于，所述步驟4)中的燒結(jié)時間為20_40mino
全文摘要
本發(fā)明提供一種二氧化硅減反射膜的制備方法，包括步驟1)用提拉鍍膜的方法將硅酸鹽溶液鍍在玻璃表面；2)鍍膜后的玻璃在100-120℃下烘烤20-30min；3)浸蝕烘烤后的玻璃在95-98%重量比例的硫酸中浸蝕；4)燒結(jié)硫酸浸蝕后的玻璃在200-500℃下燒結(jié)。本發(fā)明提出的方法所制備的覆有二氧化硅減反射膜的玻璃，其透過率在原有基礎上提高了4~5%。制備的減反射硼硅玻璃在250~2500nm范圍內(nèi)均具有顯著的增透效果，玻璃透過率由91.4%提高到96.1%，整體提高了4.7%，具有優(yōu)異的減反射效果。
文檔編號C03C17/23GK102838287SQ20121032868
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月6日
發(fā)明者王啟, 謝光明, 張英超 申請人:北京市太陽能研究所集團有限公司