[发明专利]菲涅尔透镜表面的减反增透涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，特别涉及菲涅尔透镜表面的减反增透涂层及其制备方法，以及涉及菲涅尔透镜表面的超亲水自清洁的减反增透涂层及其制备方法。

背景技术

透镜在光学器件上有广泛的应用，但当透镜的尺寸很大时，传统的球面透镜的体积和重量都会很大，对球面透镜的球差和色差的影响也会十分严重。菲涅尔透镜的出现为克服上述问题带来了希望，与传统的球面透镜相比，菲涅尔透镜由于是很薄的平面薄片，其体积和重量都很小，而且可以校正大部分球差和色差，所以在很多场合可以代替球面透镜使用。

自清洁和减反增透纳米结构的涂层在太阳能光伏发电、光伏建筑材料、太阳能集热器、宇航等领域具有广泛的应用和巨大的市场。我国仅太阳能热水器对太阳能玻璃的需求就达一亿平方米，预计到2030年光伏发电有望占全世界发电量的5%～20%，在我国，除了应用领域和科技示范外，国家示范项目、民心工程和国际合作项目，送电到乡、光明工程、国家光伏并网等均已启动，亚洲最大的太阳能应用技术研究与示范基地在甘肃省榆中县建成并已投入运行。可以展望，一个大规模利用太阳能的新时代已经来临。太阳能的广泛利用需要具有更高的透光率和更低的反射率的太阳能玻璃，同时大面积的投产使用太阳能玻璃带来了十分繁重的清洁工作，由此迫切需要表面具有自清洁功能的太阳能玻璃。

国外在20世纪60年代就已经开始了玻璃自清洁和减反增透的研究，减反增透层通常采用不同折射率的均一薄膜来实现增透效果，根据目前的光学增透原理，厚度在λ/4时可以在单一波长处有很窄的减反增透效果。若要实现宽光谱减反增透就必须叠加多层不同介质的薄膜，这给加工工艺和技术带来了困难。JP 10-20102A公开了一种包含7层不同介质层的增透薄膜，但该增透膜在约400nm和300nm的波长范围内对可见光的增透性能不足。JP2006-3562公开了一种包含多个层的增透膜，但对接近400nm波长的可见光没有足够的反射率。目前，世界上发达国家均有知名公司在专门从事自清洁玻璃的研究开发和制作，如英国Pilkington公司、日本TOTO公司、美国PPG公司、德国GEA公司、VTA公司、UIC公司等；在应用开发方面，日本率先展开开发、推广、应用TiO₂光催化自清洁玻璃。英国Pilkington玻璃公司在开发应用TiO₂光催化自洁净玻璃方面已走在欧、美玻璃商的前列。美国W.L.Tonar等人研制的透明复合自清洁防雾玻璃(W.L.Tonar et a1．Electrochromic Device Having A Self-cleaning Hydrophilic Coating．United States Patent Application Publication US2001／00210066A 1,2001-09-13；K.Toru.Vehicle Mirror.United States Patent US5594585:1997-01-14;K.Toru.Anti-fog Element.US5854308:1998-12-29；K.Takahama et a1．Method of Forming Hydrophilic Inorganic Coating Film And Inorganic Coating Composition．United States Patent Application Publication US2001／008696A1,2001-07-13)，是在玻璃基材的表面形成具有催化作用的光催化剂透明涂层，再在光催化剂透明涂层的表面形成具有亲水性的透明多孔无机氧化物(SiO₂和Al₂O₃)薄膜。可见，对玻璃的自清洁和减反增透的研究和应用已经很多，并取得了很好的进展，但目前还没有菲涅尔透镜的自清洁和减反增透研究的相关报道。

普通的菲涅尔透镜通常是用有机玻璃(PMMA)制备而成，PMMA与普通玻璃相比具有更高的透光率、更好的可塑性和柔韧性。然而，由于它的玻璃化转变温度较低，所以一些高温的后处理(如煅烧等)方法不能应用于菲涅尔透镜，这就导致目前的很多制备减反增透自清洁涂层的方法(往往包括如煅烧的后处理过程)不适用于菲涅尔透镜。

发明内容

本发明的目的之一是提供菲涅尔透镜表面的减反增透涂层，涂有该涂层的菲涅尔透镜的透光率层能从94.3%提高到99.8%。

本发明的目的之二是提供菲涅尔透镜表面的超亲水自清洁的减反增透涂层，涂有该涂层的菲涅尔透镜的透光率能从94.3%提高到98.5%，其表面具有超亲水性能。