[发明专利]自清洁单层二氧化钛球形阵列宽频减反增透膜的制备方法

说明书

一种自清洁单层二氧化钛球形阵列宽频减反增透膜，它是一种厚度分布均匀、表面平整、在微观状态下呈现出规则球型阵列的单层薄膜结构；上述自清洁单层二氧化钛球形阵列宽频减反增透膜制备方法主要是将二氧化钛纳米球分散到正己烷中；然后将分散液滴入到装有超纯水的烧杯中，在其表面形成小面积油水界面并完成自组装；然后用事先准备好的基片通过自由沉降及提拉法将其转移出来；干燥，固化，最终得到自清洁单层二氧化钛球形阵列宽频减反增透膜。本发明操作简单、制备成本低、制备的薄膜与衬底附着效果好、薄膜厚度均匀，二氧化钛微球呈周期性排布，同时具有自清洁、广角吸收、宽频减反增透等优点，可以大规模生产。

技术领域

本发明属于材料技术领域，特别涉及一种自清洁减反膜的制备方法。

背景技术

二氧化钛(TiO₂)具有较高折射率、在可见光波段几乎不吸收、以及光催化氧化等特征，使其在控制光传播、自清洁方向有着其它材料不可比拟的优势，因此让其成为制备自清洁减反膜重点研究的新材料之一。

但由于二氧化钛纳米微球具有较大的密度和低的表面电荷，这些特点非常不利于纳米微球在水中的均匀分散，因此想要将其排布成大面积球形阵列结构存在较多困难，以至于最终很难在生产上实现大规模的应用，所以近年来二氧化钛球形阵列研究和应用已经受到了一定程度的限制。但是与其它结构、材料制成的自清洁减反增透膜相比，自清洁单层二氧化钛球形阵列减反增透膜是一种非常有前途且各方面性能更加突出的电介质膜。较之多膜层结构自清洁宽频减反增透膜，其具有制作成本低，便于大规模生产的特点，并且由于其阵列的效果使其拥有更好的自清洁功能及更宽的谱吸收，而与其它结构阵列自清洁减反增透膜相比，因为球形结构的优势，使其在更大的光入射角度内都能实现减反增透的效果，与SiO₂、ZnO等用于宽频减反增透膜的电介质材料相比，TiO₂拥有较高折射率，用其组装成的光子晶体拥有更好的控制光传播的能力，并且其光催化氧化的特性使其能够分解有机污染物，所以这种自清洁单层二氧化钛球形阵列广角宽频减反增透膜将会拥有更好的发展和利用空间。虽然《夏洪波.TiO₂微球的合成及其自组装研究[D].大连理工大学,2015》中提及过二氧化钛微球的自组装过程，但其是通过使用不同碳链长度的一元饱和脂肪酸或巯基乙酸在合成过程中对二氧化钛微球表面进行修饰，以便实现排布规则的阵列结构，但是从该文献中可以发现，即使经过表面修饰过的TiO₂纳米微球其团聚现象依然很严重不能达到单层阵列的组装要求，并且论文中提到的自组装方式需要用浓硫酸对基片表面进行亲水处理，此方法不仅成本高，而且污染环境，也限制了其作用于不同类型减反增透单元的范围。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自清洁特性优良、广角度减反增透、可以规模化生产的自清洁单层二氧化钛球形阵列宽频减反增透膜的制备方法。

本发明的自清洁单层二氧化钛球形阵列宽频减反增透膜是一种厚度分布均匀、表面平整、在微观状态下呈现出规则球型阵列的单层薄膜结构。

上述自清洁单层二氧化钛球形阵列宽频减反增透膜的制备方法包括如下步骤：

(1)按每毫升正己烷加入1-20毫克二氧化钛纳米微球的比例，将单一粒径二氧化钛纳米微球分散于正己烷中，所述二氧化钛纳米微球无团聚现象；

(2)按正己烷与超纯水的体积比为1:30-90的比例，将步骤(1)中得到的混有二氧化钛纳米球正己烷溶液缓慢滴入装有超纯水的玻璃器皿中，并在其表面形成小范围油水界面；

(3)静止1-3分钟，等待二氧化钛纳米球在油水界面形成阵列排布，以便得到紧密排布的单层二氧化钛球形阵列；

(4)将预先准备好的基片从玻璃器皿边缘缓慢放入已经排布好的单层二氧化钛球形阵列下方；

(5)待单层二氧化钛球形阵列沉积在基片上后，缓慢将带有单层二氧化钛球形阵列的基片从玻璃器皿中提拉出来；