[发明专利]一种在基板上由高分散的红外吸收纳米颗粒与两种二氧化硅颗粒组装薄膜的方法

说明书

本发明涉及到一种低温溶胶凝胶法在基板上制备一种功能氧化物薄膜的结构调控方法，属于纳米功能材料制备领域。以正硅酸丁酯为原料制备SiO₂溶胶，以硅酸丁酯为原料制备SiO₂溶胶，通过改变实验参数调节SiO₂溶胶中SiO₂颗粒的大小，制备两种含不同颗粒大小的SiO₂溶胶，将上述两种溶胶按一定比例混合，再加入红外吸收剂，以一种高分子材料作为成膜剂，在基板上由高分散的红外吸收纳米颗粒与两种二氧化硅颗粒组装成薄膜。本发明通过调控SiO₂溶胶之间与高分子材料之间的交联反应，有效控制结构，本发明薄膜耐磨性好，具有结构稳定的特性，防雾耐久性好，是一种性能优异的自清洁功能薄膜材料，同时具有吸热功能。

技术领域

本发明涉及到一种在基板上由高分散的红外吸收纳米颗粒与两种二氧化硅颗粒组装薄膜的方法，尤其涉及到一种低温溶胶凝胶法在基板上制备一种功能氧化物薄膜的结构调控方法，属于纳米功能材料制备领域。

背景技术

溶胶-凝胶法(sol-gel)就是以含高化学活性组分的化合物作前驱体，在液相将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化，胶粒间缓慢聚合形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂形成凝胶。凝胶经过干燥、烧结，固化制备出分子乃至亚纳米结构的材料。

SiO₂纳米溶胶的网络结构紧密地依赖于催化条件，在酸性催化条件下 SiO₂溶胶形成线形链式结构，形成的涂层与基片间则以Si—O—Si化学键结合，粘附力很强，但是，在酸性催化条件下，SiO₂溶胶形成的线形结构使薄膜折射率较高，孔隙率较低，且孔径很小，颗粒比较致密，透过率不高，涂层表面基团难以实现置换，因而接触角小。

本发明是由高分散的红外吸收纳米颗粒与两种二氧化硅颗粒组装的膜层，通过碱性催化制备得到含有不同粒径二氧化硅的溶胶，其中含有粒径约200~300nm的SiO₂形成平整的大球区、粒径约40~60nm的SiO₂形成的小球以及粒径小于100nm的红外吸收剂纳米颗粒构成。该结构大颗粒区域，是小区域平整区；小颗粒增加膜层的纳米凸起，同时小颗粒能填充大颗粒间的缝隙，起到固定大颗粒的作用。大小颗粒的均匀组装耐磨性好，具有结构稳定、接触角大的特性，是一种性能优异的自清洁隔热功能薄膜材料。另外，制备成本低，效率高，节能环保。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低温溶胶凝胶法在基板上由高分散的红外吸收纳米颗粒与两种二氧化硅颗粒组装薄膜的方法，该方法是制备SiO₂溶胶的混合溶液，涂膜后经过热处理，在基板上通过构建超疏水SiO₂薄膜。该薄膜的表面形貌显示：薄膜由大小颗粒的均匀组装而成。该结构具有微纳米凹凸的层次结构，表现出超疏水性；同时该结构大颗粒区域，是小区域平整区，小颗粒增加膜层的纳米凸起，同时小颗粒能填充大颗粒间的缝隙，起到固定大颗粒的作用。提高膜层耐磨性，具有结构稳定的特性，是超疏水膜层的理想结构。

为了达到上述目的，本发明采取以下技术方案：

所述低温溶胶凝胶法在基板上由高分散的红外吸收纳米颗粒与两种二氧化硅颗粒组装薄膜的方法，其以正硅酸丁酯为原料制备SiO₂溶胶，通过调节正硅酸丁酯、溶剂、去离子水及碱性催化剂的含量，得到含不同粒径二氧化硅的溶胶。将两种溶胶按一定比例混合，制备的SiO₂薄膜富含高分散的红外吸收纳米颗粒与两种二氧化硅颗粒组装的结构，可以通过调控SiO₂溶胶之间的交联反应，有效控制结构。

具体步骤如下：

步骤S1表面抛光：采用丙酮或乙醇溶液超声洗涤一定时间，之后用去离子水清洗干净，吹干基板表面，得到表面已抛光的基片；