[发明专利]一种折射率可调的疏水性有机改性硅酸盐薄膜制备方法及该硅酸盐薄膜

说明书

技术领域

本发明属于化学薄膜产品技术领域，特别涉及一种折射率可调的疏水性有机改性硅酸盐薄膜及其制备方法。

背景技术

目前，减反膜薄膜技术在太阳能盖板玻璃、光学器件等领域有着广泛的应用，通过在玻璃(或其他光学器件)表面制备一层减反膜薄膜，可以大幅增加薄膜的透过率，并且可以对透过光的波段进行选择。

现有技术中，通常要求使用的减反膜的折射率低于1.25，而已知的最低折射率的常规薄膜材料为氟化镁薄膜，其折射率为1.35。

目前关于减反膜的制作工艺存在以下技术问题：

1、折射率是减反膜的一个重要参数，但受材料本身性能所限，很难通过常规方法将薄膜的折射率降到1.20以下，但更低的折射率的薄膜可以适用于更广泛的膜系设计，具有重要意义。

2、现有报道通过酸碱两步催化法可以控制薄膜折射率在1.22-1.44之间变化，但能够精确控制材料折射率在1.18-1.36间变化的报道尚未可见。

3、采用溶胶凝胶法可以制备出碱性SiO2镀膜液，通过溶胶凝胶法制备的薄膜表面都会残留大量的羟基，使薄膜的耐候性能大幅度下降，现有工艺通常采用后期处理的办法消除这些羟基并形成疏水性薄膜，但这种方法增加了工艺流程和成本，不利于工业生产。

4、碱性镀膜液中的二氧化硅粒子在相互碰撞和缩合反应的作用下会连接在一起使得镀膜液的粘度快速增大，严重影响了镀膜液的使用寿命。

溶胶-凝胶法是一种常规的制备减反膜的工艺，其成本低、对生产条件没有太高的要求，具有较为理想的投入-产出比，是目前太阳电池玻璃镀膜的重要研究方向。相对于其他制备减反膜工艺，镀膜相比，具有折射率可调、过程简单、成本低、易于工业化等优点，因此使用溶胶凝胶方法制备薄膜已经得到了广泛的关注，但如何研发出通过简单易行的工艺流程即可有效地消除羟基并形成疏水性薄膜尤为重要。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种折射率可调的疏水性有机改性硅酸盐薄膜制备方法及该硅酸盐薄膜，该制备方法操作简单，能够精确控制制备出的薄膜的折射率在1.18-1.36之间变化，并且薄膜表面不会有大量羟基残留，直接形成疏水性薄膜。与此同时，镀膜液的使用寿命也将大幅度提升。

为了实现上述技术目的，本发明是按以下技术方案实现的：

本发明公开了一种折射率可调的疏水性硅酸盐薄膜制备方法，具体步骤是：

(1)配置初始SiO₂溶胶镀膜液，将正硅酸乙酯(TEOS)和无水乙醇(EtOH)加入进行混合搅拌，待溶液搅拌均匀后，缓慢滴加无水乙醇、去离子水、氨水的混合溶液，然后搅拌约两个小时，之后静置陈化；其中正硅酸乙酯的作用是提供硅源，无水乙醇的作用是作为溶剂，去离子水的作用是作为水解反应的原料，氨水的作用是促进SiO₂球形团簇的形成；

(2)通过PMHS改性SiO₂溶胶镀膜液：在经过陈化后稳定的SiO₂溶胶镀膜液中加入一定含量的PMHS试剂，搅拌均匀后加入微量催化剂，之后继续密封搅拌，待反应完全之后再次静置；其中PMHS的作用有以下三种，第一是去除SiO₂表面的羟基，为形成疏水性薄膜做准备；第二是交联SiO₂球粒，通过改变PMHS的相对含量可以控制SiO₂球粒交联之后的形貌的改变，从而影响之后制备薄膜的孔隙率和折射率；第三是随着PMHS含量的提高，镀膜液的稳定性和使用寿命将会大幅度提高。催化剂的作用是催化PMHS和SiO2球粒之间反应的进行；

(3)制备疏水性薄膜：在洁净的玻璃片表面进行镀膜，形成疏水性薄膜。

作为上述技术的进一步改进，在步骤(1)中，所述初始SiO2溶胶镀膜液中，正硅酸乙酯(TEOS)、去离子水(H₂O)和无水乙醇(EtOH)的摩尔比是1：2：38，其中氨水为催化剂，通过氨水将溶胶镀膜液的PH值调节为8-10之间。

作为上述技术的更进一步改进，在步骤(1)中，初始SiO₂溶胶镀膜液的陈化时间是4-5天。

在本发明中，所述步骤(2)中所添加PMHS的与初始镀膜液中SiO₂含量的质量比值在0.1-2.5之间。

在本发明中，所述步骤(2)所述的催化剂是1,3-二乙烯基-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷铂(0)Pt,2％二甲苯溶液，催化剂的用量是每1升溶胶镀膜液溶液中加入约400微升催化剂。