模板剂与工艺条件对减反射玻璃光透过率的影响_赵军.pdf

年 第 卷 第 期：.收稿日期：；收到修改稿日期：收到修改稿日期：作者简介：赵军（），男：模板剂与工艺条件对减反射玻璃光透过率的影响赵 军，张红凯，薛明俊，叶久祥，张艺博，李瑾雯（华东理工大学 材料科学与工程学院，上海）摘要：用溶胶凝胶法制备了含有四种不同模板剂的镀液，通过浸渍镀膜法在玻璃上制膜，并采用不同热处理工艺制得镀膜玻璃。对各种玻璃进行光透过率比较，发现用 模板剂的镀膜玻璃光透过率最高，在 光波长范围内平均光透过率最大；玻璃基片最合适的提拉速度是 ，最佳的热处理温度和时间分别为 和 。由原子力显微镜（）观察发现，优化条件下所制的膜层平整，采用百格法测得玻璃镀膜层具有较好的硬度。关键词：减反射；玻璃；模板剂；工艺条件；光透过率中图分类号：.文献标志码：文章编号：（），（，）：，：；随着经济和社会的发展，能源的需求越来越大，随之而来的是化石能源逐渐枯竭，能源价格不断上涨，同时环境问题也日益加剧。为实现碳达峰碳中和的目标，需寻找绿色能源。在众多可再生资源中，太阳能因无污染和资源量大，成为重点研究对象。光伏发电供电太阳能是目前市场最成熟、应用最广的绿色能源。但目前太阳能光伏电池的转换效率仅有 左右，要提高效率，改变光伏玻璃的光学特性（提高玻璃的光玻璃搪瓷与眼镜 年 月透过率）是最可行的手段，其成本远远低于开发转换效率高的晶硅。对光伏玻璃表面进行处理，减少光的反射，即在光伏玻璃的表面镀上具有减反射性能的薄膜来提高光伏玻璃的光透过率是具有较好经济价值的制备方法。二氧化硅具有低折射率、性能稳定、价格便宜的优点，通常采用溶胶凝胶法将其作为减反射膜涂敷在玻璃基片表面增加玻璃的光透过率。用反应催化方法制备镀膜溶液，包括酸催化和碱催化，前者镀膜与玻璃基片结合牢固，但后者光透过率更高。文献分别引入、和多种模板剂，在酸催化下都获得了光透过率高且黏结强度较高的减反射膜。本工作采用溶胶凝胶法在正硅酸乙酯（）溶胶中引入了四种不同模板剂，比较了在相同酸催化条件下的光透过率，并在不同工艺条件下得到最佳的玻璃光透过率和膜层黏结的实验条件。实验方法.镀膜玻璃的预处理 用去离子水冲洗待镀钠钙硅载玻片 次，再用无水乙醇清洗 次，保证玻璃片表面干净透明。最后放入电热恒温鼓风干燥箱中，在 下进行干燥后备用。.镀膜溶液的制备 引入四种不同模板剂（分别为、和，分子量分别为、和），按原料摩尔比（：模板剂 .）配制含不同摩尔质量模板剂的镀膜溶液。将模板剂与 的无水乙醇在烧杯中混合，用磁力搅拌器快速搅拌 ，标记为溶液；将无水乙醇与 盐酸和正硅酸乙酯（）混合，经磁力搅拌器搅拌 ，标记为溶液。将溶液 滴加到溶液 中，搅拌 得到均匀透明的待镀溶液，用保鲜膜覆盖烧杯口以备用。将洗净的玻璃片浸入待镀溶液中，采用浸渍提拉法，以不同提拉速度在玻璃表面镀膜。根据蒸发诱导自组装（）原理，将镀膜后的玻璃片放 热烘箱中烘 ，再放入马弗炉中进行不同条件下的热处理，获得涂敷介孔薄膜的玻璃片。.性能测试 采用 型紫外可见分光光度计测试玻璃薄膜的可见光透过率，由 观察薄膜的表面形态，根据百格法在 倍显微镜下观察薄膜与玻璃片的黏结情况。结果与讨论.不同模板剂对玻璃光透过率的影响 将玻璃片浸渍于摩尔比相同的不同种类模板剂镀液中，以 的提拉速度拉出，再进行热处理，热处理温度和时间分别为 、，测试玻璃的光透过率曲线，结果见图。由图 可见，曲线 的光透过率都在未镀膜玻璃之上，说明镀膜有效提高了玻璃的光透过率。但曲线 的光透过率曲线形状相似而与曲线 不同，前者最高值在 范围内，后者最高值在 范围内，说明不同模板剂产生的膜层孔结构是不同的，即可以选择不同模板剂来调节光透过率最高峰的波长位置。表 列出了各种镀膜玻璃光透过率最高值和光波长在 的平均值。由表 可见，加 时玻璃的最大光透过率和平均光透过率都是最高，分别达到.（处）和.；加 时最大光透过率和平均光透过率都是最低，分别为.（处）和.，但都比未镀玻璃的光透过率.（处）和.高（增加 .）。加 效果最好可能是由于模板剂分子量比 偏大或偏小，对增加有效孔隙率不利导致的。.提拉速率对玻璃光透过率的影响 在含 的镀液中浸渍玻璃片，经不同提拉速度拉出玻璃片，经 、热处理后获得的玻璃片光透过率曲线如图 所示。由图 和表 可见，曲线 的形状相似，说明提拉速度对玻璃的光透过率变化趋势没有明显影响。其中提拉速度为 的光透过率最好，最大光透过率超过.（处），平均光透过率为.。提拉速度为 的玻璃最大光透过率为.（处），平均光透过第 卷 第 期玻璃搪瓷与眼镜 图 加入不同模板剂的玻璃的光透过曲线表 加入不同模板剂的玻璃的光透过率最高光透过率 平均光透过率.未镀膜玻璃.率为.。这可能是由于提拉速度过慢，导致溶胶微粒在玻璃表面上沉积过多，发生团聚现象，使得薄膜厚度增大且出现不均匀和薄厚不一的情况。而提拉速度 时，由于基片玻璃表面的膜层太薄而产生的有效孔隙偏少，也不利于提高玻璃光透过率。图 不同提拉速度下玻璃的光透过曲线表 不同提拉速度时玻璃的光透过率提拉速度（）最高光透过率 平均光透过率.热处理温度对玻璃光透过率的影响 将玻璃片浸渍在含 的镀液，以固定的提拉速度 拉出玻璃片，测量经 热处理获得的玻璃片光透过率，如图 所示。由图 可见，曲线 的峰形相似。曲线 的峰顶值及其波长位置相近，曲线 的峰顶值和波长位置相近。由表 可见，热处理温度为 时玻璃的光透过率最好，最大光透过率超过.（处），平均光透过率为.。热处理温度为 时，玻璃的最大光透过率为.（处），平均光透过率为.。由表 可见，、这三种热处理温度对玻璃搪瓷与眼镜 年 月玻璃的光透过率增加效果相近，这可能是由于热处理温度超过 后，膜层中溶胶凝胶工艺残留的有机物几乎都分解，进一步提高热处理温度对增加膜层孔隙率并不明显。图 不同热处理温度的玻璃的光透过曲线表 不同热处理温度的玻璃的光透过率热处理温度 最高光透过率 平均光透过率.热处理时间对玻璃光透过率的影响 将玻璃片浸渍在含 的镀液，以提拉速度 拉出玻璃片，经相同的热处理温度 、不同的热处理时间获得 个玻璃片，其光透过率曲线如图 所示。由图 可见，曲线 的峰形相似，多数重叠，说明过多延长时间对提高镀膜玻璃的光透过率效果不明显。这可能是由于在此高温下，较少的热处理时间已经分解完膜层中的有机物。另外峰顶值及其对应的波长位置相近，即光透过率峰值集中在 波长范围。由表 可见，热处理时间的变化（）对玻璃的光透过率最高值（.）及平均透过率（.）的影响都很小。图 不同热处理时间的玻璃的光透过曲线表 不同热处理时间的玻璃的光透过率热处理时间 最高光透过率 平均光透过率.优化配比与工艺 综合上述模板剂、提拉速度、热处理温度和热处理时间，确定了最佳实验条件，优化的摩尔配比为（：.：），实验工艺条件见表，获得的玻璃（编号为）光透过率曲线见图。由图 可见，有涂层与无涂层的玻璃的光透过曲线形状相似，即涂层基本不改变玻璃的光透过峰值对应的波长位置。由表 可见，经最优配比及工艺条件制备的玻璃，其最高的光透过率值可达到.（波长 ），在 的范围内光透过率平均值为.，与未涂层玻璃相比分别提高了.和.。第 卷 第 期玻璃搪瓷与眼镜图 优化条件下有涂层和无涂层的玻璃的光透过曲线表 优化条件下的玻璃的光透过率值编号提拉速度（）热处理温度 热处理时间 平均光透过率 最高光透过率.空白玻璃.薄膜成分、形貌和结构分析 图 为优化条件下制得的玻璃薄膜热处理前后的红外光谱图。从图 中可以看出，未经过热处理的薄膜含有大量有机基团。其中，在 与 处的峰为，的伸缩振动峰，在 与 处的峰为 的弯曲振动峰，经过 和 热处理后这些基团均减少并消失，表明薄膜中的水分、乙醇和有机模板剂已除去。在 左右处的吸收峰变强、变尖锐，说明随着温度的升高形成了 键并增强。图 优化条件制得的薄膜热处理前后的红外光谱图图 最佳优化条件的样品的 图像 对 热处理除去模板剂后的薄膜进行 表征（见图）。由 表征结果可以看出，薄膜表面均匀，平整无裂痕，膜层厚度平均为 ，表面均方根粗糙度为.，与酸性氧化硅薄膜相近（约.），远小于可见光波长，因此该薄膜表面对可见光的散射作用可忽略。.减反射薄膜附着力测试 将优化配方和工艺条件下制得的镀膜玻璃样品，用百格法进行玻璃表面膜层附着力测试，结果见图。由图 可见，胶带黏结前（）和胶带黏结后（），显微镜下玻璃镀膜膜层无明显的新脱落损伤现象，根据百格法的测试标准，本实验所得到的薄膜有着较强的附着力，它的 等级是，等级是，这可能与本实验制备镀膜溶液时采用的酸性催化条件有关。玻璃搪瓷与眼镜 年 月图 胶带黏结前（）和胶带黏结后（）镀膜玻璃附着力测试结果 结论 以溶胶凝胶法制备了添加四种不同模板剂的镀液，运用浸渍镀膜法获得镀膜层，经热处理后得到镀膜玻璃。比较四种不同模板剂对玻璃光透过率的影响，模板剂对玻璃光透过率影响最大，可提高到.。比较五种提拉速度对玻璃光透过率的影响，发现 的效果最好。最佳的热处理温度和时间是 和。在综合优化条件后，制得了最高光透过率为.的减反射玻璃，比未镀膜玻璃的透过率提高 以上，平均光透过率增加超过，同时该玻璃的镀膜层平整且具有较好的硬度。参考文献：佚名习近平谈碳达峰碳中和，中国经济评论，（）：，（）（）：，（）：，（）：，：，（）：，（）：，（）：，（）：，：，：邹丽萍，李晓光，沈军 高强度有序介孔二氧化硅减反膜的制备及性能，稀有金属材料与工程，：，（），（）：，：，（），（）：