[发明专利]在玻璃基板上构造超亲水及增透防湿的复合薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，特别涉及在玻璃基板上构造具有机械性能良好、超亲水及增透防湿功能的复合薄膜的方法。

背景技术

随着全球人口的增长和经济的快速发展，能源紧缺和环境污染问题日益突出。现有的化石能源是不可再生的能源，面临着开采枯竭的问题。太阳能是取之不尽、用之不竭的清洁能源，研究利用太阳能对解决能源危机和环境保护具有重要意义。

尽管太阳能光伏发电是一项清洁无污染的发电技术，但由于较高的成本和较低的光电转换效率，现在还无法与火力发电竞争。如果能够提高太阳能电池的光利用率，则可以提高太阳能电池组件的发电量且能够降低成本。覆盖于太阳能电池组件上表面的盖板玻璃，通常是采用钢化的超白玻璃，在晶体硅太阳能电池光谱响应的波长范围内(380纳米～1100纳米)的平均透光率约为90％～92％，尚有约8％～9％的提高空间。因而，利用减反射薄膜可成为一种有效的低成本而提高光利用率的方法。

SiO₂因其对光的折射率易调控的特性在减反增透薄膜领域得到了广泛的重视和应用。制备减反射增透层薄膜的方法有化学方法和物理方法，其中化学方法主要有：化学气相沉积、层层自组装、溶胶-凝胶等；物理方法有真空蒸发、磁控溅射、离子束沉积等。物理方法的成膜效果较好，但制备工艺复杂、设备昂贵、成本高、不适于大面积制备和应用。化学方法的制备条件相对简单易行，其中的溶胶-凝胶方法因其操作简单、造价低廉和重复性高，得到较为普遍的应用。在户外，由于尘土和污染物的积累，常常导致玻璃等透明基底的透光率急剧下降，因而需要既能减反增透又能自清洁的薄膜保持透明基底良好的透光率。

近年来，具有超亲水功能的玻璃因具有超亲水、自清洁、防雾等特性在建筑物外墙玻璃、汽车玻璃、家用浴室防雾玻璃、电子产品的显示器和太阳能电池的采光板等方面得到了广泛的应用。目前，超亲水的机理可分为两大类：一类是高表面能、高粗糙度致超亲水，即通过对玻璃等透明基底的表面涂覆能够获得具有一定化学和几何结构的薄膜的溶胶液，赋予玻璃等透明基底的表面大量羟基等亲水基团，从而在玻璃等透明基底的表面获得超亲水性能。其中，介孔二氧化硅薄膜，由于丰富的孔道结构、大量表面的羟基而同时具有高增透和超亲水两种特性，由此引起了人们的广泛关注。但这种介孔二氧化硅薄膜的缺点是：一方面超亲水性能维持时间不长，一旦空气的有机污染物吸附在该薄膜的表面，即覆盖羟基等亲水基团，薄膜即失去了超亲水能力。另一方面，由于存在毛细作用，该薄膜中的介孔孔道易吸水，在高湿度环境中吸水后，薄膜对光的折射率改变，导致减反增透的效果下降。另一类是光致超亲水，即用含TiO₂、SnO₂等光催化物质的溶胶液涂覆成膜，经紫外光或可见光照射后可表现出超亲水性能。此法制备的薄膜不仅具有较强的光致超亲水性，还能够有效地降解有机污染物，但其无法实现室内或黑暗环境下的超亲水性自清洁。

发明内容

本发明的目的是针对以上减反增透薄膜、自清洁薄膜所存在的不足之处，从而提供一种在玻璃基板上构造机械性能良好、超亲水及增透防湿功能的复合薄膜的方法；以及由该方法得到的机械性能良好、超亲水及增透防湿功能的复合薄膜。

本发明是采用溶胶凝胶法制备含有二氧化硅/二氧化钛双层结构的空心球纳米粒子的溶胶液，然后采用提拉法制备二氧化硅/二氧化钛的复合薄膜；本发明的制备方法简单、制造成本低廉，制备出的二氧化硅/二氧化钛的复合薄膜的增透及机械性能良好，具有超亲水防雾特性，同时在高湿度环境下(湿度范围20％～95％)不吸湿，能够保持良好的增透效果，特别适于户外应用。

本发明以四乙氧基硅烷、无水乙醇、聚丙烯酸、氨水为原料，在氨水催化条件下制备含有二氧化硅空心球纳米粒子的溶胶液；然后以二氧化硅空心球纳米粒子、无水乙醇、四正丁醇钛为原料制备含有二氧化硅/二氧化钛双层结构的空心球纳米粒子的溶胶液；采用简单的提拉法并通过煅烧去除有机物、使二氧化钛形成锐钛矿晶型，在玻璃基板上制备出具有机械性能良好、超亲水及增透防湿功能的二氧化硅/二氧化钛复合薄膜。

本发明的在玻璃基板上构造具有机械性能良好、超亲水及增透防湿功能的复合薄膜的方法包括以下步骤：