溶胶-凝胶法制备氧化硅光学减反射膜

综述了溶胶-凝胶光学减反射膜的应用背景及光学原理,系统讨论了溶胶-凝胶氧化硅减反射膜的完整制备工艺以及薄膜在使用过程中的主要性能评价指标,最后展望了薄膜的未来发展趋势。     

溶胶-凝胶法制备光学减反射膜的研究进展

减反射膜可以有效降低光在传播过程中的损耗,应用在太阳能电池中能有效提高能量利用效率。减反射膜是一层折射率介于空气和基板之间的光学薄膜,能减少或消除光学元件表面的反射光,从而增加透光量,因此在光学研究中占有重要地位。溶胶凝胶法是当前材料制备的重要手段之一,与其他方法相比具有产物均匀、反应温度低、可调控性强等显著优点,是制备减反射膜的理想方法。本文介绍了溶胶-凝胶法制备减反射膜的原理,综述了近年来溶胶-凝胶法制备减反射膜的研究进展,特别是对溶胶-凝胶法制备的三类典型减反射膜作了深入讨论,总结了各种不同结构的优缺点,展望了溶胶-凝胶制备减反射膜的前景和面临的挑战。     

溶胶—凝胶法制备TEOS—DOS基SiO2疏水减反射膜溶胶微结构对膜性能的影响

以乙醇为溶剂，正硅酸乙酯（TEOS，tetraethoxysilane）在氢氧化铵催化下水解缩聚为纳米尺度的无定型SiO2溶胶颗粒，二甲基二乙氧基硅烷（DDS，dimethyldiethoxysilane）在盐酸催化下水解缩聚为线状聚二甲基硅氧链。用混合溶胶在玻璃基片上旋转镀膜，然后于80℃空气气氛下热处理。实验证明通过DDS将疏水的双甲基链引入镀膜胶体，使膜兼具疏水性和减反射性能。利用激光散射粒度分析仪和电子显微镜研究了溶胶颗粒的粒度变化和聚集情况等溶胶微结构，用物理吸附仪研究了膜的孔结构，考察了热处理前后膜的疏水性和透射谱，得到了溶胶微结构与膜性能之间的关联。     

用柠檬酸溶胶-凝胶法制备三效催化剂

采用柠檬酸溶胶-凝胶法和浸渍法制备出两种具有相同组成的Pt-Rh三效催化剂．在900℃和1200℃的模拟尾气中烧结处理后，溶胶-凝胶法催化剂的50％转化率温度(T50)比浸渍法催化剂的低30℃左右．对两种催化剂的比较表明，溶胶-凝胶法催化剂具有特殊的网孔状显微结构，能降低贵金属的烧结速度并提高氧化铈的分散度，因而提高了催化剂的抗烧结能力．用柠檬酸溶胶-凝胶法可改善催化剂的热稳定性．     

树枝状介孔氧化硅磨粒的制备和抛光性能

使用油水双相分层反应体系(以萘烷为上层油相)制备了具有Y型孔道的树枝状介孔氧化硅颗粒(DMSPs)。透射电镜、扫描电镜、X射线衍射、氮气吸附/脱附和粒度分布的测试结果表明:所得DMSPs样品的粒径为72±6 nm,在液相环境中粒度的分布较窄;其内部的三维中心辐射状介孔孔径为6~8 nm,但是孔道结构没有长程有序性。氧化硅片经DMSPs磨粒抛光后表面的粗糙度均方根值由0.76下降至0.21 nm,最大轮廓波峰高度由1.48下降至0.50 nm、最大波谷深度则由1.86下降至0.45 nm,材料去除率高达187 nm/min。讨论了DMSPs磨粒在界面摩擦磨损和接触粘附过程中的作用机制。     

稀土铕掺入多孔二氧化硅减反射膜对太阳能电池效率的影响(英文)

稀土元素铕通过溶胶凝胶法掺入到多孔二氧化硅制成的减反射膜层中,并被用来提高硅太阳能电池的转换效率.在标准测试条件下,和用超白钢化玻璃相比较,该掺入铕的二氧化硅减反射薄膜使太阳能电池的效率提高了9.5%.     

光伏玻璃减反射膜的研究进展

典型的商业化太阳能电池组件封装结构由光伏玻璃、胶膜、电池片、背膜等部分组成,由于光伏封装玻璃与空气之间存在界面,会带来约4%的太阳光反射,这部分太阳光无法参与到光电转换过程中,造成了一定的光损耗。减反射膜可以有效地抑制由于界面存在折射率差而导致的光反射损耗,因此,在光伏组件中普遍需要在光伏玻璃表面镀减反射膜,这具有重要的现实意义和巨大的经济价值。然而,由于太阳光的宽谱特性,光伏组件面临着严苛的户外环境使用要求,这需要光伏玻璃减反射膜不仅具有较好的减反增透特性,还需在复杂环境下保持稳定,并且符合光伏产业大面积、低成本、均匀成膜的技术要求。事实上,实现兼具以上特性的减反射膜材料制备和镀膜是极具挑战的。与玻璃衬底折射率匹配的减反射膜需要具有极低的折射率(低于自然界中天然材料的折射率),为了获得这种超低折射率需要在材料中引入一定比例的孔隙结构,而这与所要求的严苛环境下材料的稳定性存在矛盾。因此,光伏玻璃减反射膜研究除追求优异的光学特性外,维持其在复杂气候条件下的稳定性也至关重要,减反射膜耐候性、机械强度以及多功能特性(如自清洁、防尘抗污和防潮等)增强方面的探索都成为主要研究课题。在光学特性方面,利用仿生折射率渐变结构提升减反射膜的宽光谱、广角减反特性研究已取得了一系列进展。而在光伏产业中,基于光学特性、稳定性和制造成本的考虑普遍采用溶胶-凝胶二氧化硅单层减反体系,相比于传统的纳米实心二氧化硅颗粒制备的多孔二氧化硅减反射膜,新型介孔二氧化硅和具有封闭孔隙结构的空心二氧化硅减反射膜体现出更好的耐候性和机械强度,同时维持了所需的孔隙率,保持了较好的减反增透特性。此外,为了应对在不同气候环境下的长期应用需求,研究者们进行了一些二氧化硅减反射膜自清洁和防尘抗污等多功能改性方面的探索,但目前在实现同时具有优异的光学特性、较高的力学性能和长效的耐候性的多功能减反射膜方面仍存在较大挑战。本文归纳了光伏玻璃减反射膜的研究进展,从减反射膜的基本概念、原理出发,介绍了针对光伏玻璃减反射膜的特定评价方法,并围绕当前光伏产业中普遍采用的溶胶-凝胶二氧化硅单层减反射膜制备技术进一步对具有三类不同孔隙结构的二氧化硅减反射膜体系进行了介绍,分析了光伏玻璃减反射膜所面临的问题并对其发展趋势进行了展望,以期为制备减反增透特性更优异、在极端环境下更稳定和具有更丰富表面功能特性的新型光伏玻璃减反射膜提供参考。     

溶胶-凝胶法制备TEOS-DOS基SiO2疏水减反射膜:溶胶微结构对膜性能的影响

以乙醇为溶剂,正硅酸乙酯(TEOS,tetraethoxysilane)在氢氧化铵催化下水解缩聚为纳米尺度的无定型SiO2溶胶颗粒,二甲基二乙氧基硅烷(DDS,dimethyldiethoxysilane)在盐酸催化下水解缩聚为线状聚二甲基硅氧链.用混合溶胶在玻璃基片上旋转镀膜,然后于80℃空气气氛下热处理.实验证明通过DDS将疏水的双甲基链引入镀膜胶体,使膜兼具疏水性和减反射性能.利用激光散射粒度分析仪和电子显微镜研究了溶胶颗粒的粒度变化和聚集情况等溶胶微结构,用物理吸附仪研究了膜的孔结构,考察了热处理前后膜的疏水性和透射谱,得到了溶胶微结构与膜性能之间的关联.     

有机溶剂纳米SiO2溶胶的制备和性能

提出了一种经济、简便、实用的制备沸点高于100℃的有机溶剂SiO2溶胶的方法,可制备出无色、澄清、透明、浓度为5％-10％的有机硅溶胶,在pH值6—9范围内稳定．使用HaCS1（OCH3）3作为封端剂可阻止SiO2溶胶凝胶化,其作用机制在于：通过封端剂分子水解出的活性羟基,与SiO2粒子表面活性基团反应,阻断溶胶粒子的生长,使溶胶稳定性提高．以这种有机溶剂纳米SiO2溶胶作为铝电解电容器工作电解液中添加剂,可改善电容器的性能,使其耐压有较大提高．     

用溶胶-凝胶法制备纳米锶铁氧体粉

以硝酸锶和硝酸铁无机盐为前驱体配制非化学计量比溶胶,采用柠檬酸溶胶-凝胶法制备纳米级锶铁氧体(SrFe12O19).用X-射线衍射仪(XRD)、振动样品磁强计(VSM)、场发射扫描电镜(FESEM)对锶铁氧体粉进行表征,研究了锶铁氧体的生长过程和反应过程的机理以及锶铁氧体的磁性能随着温度的变化.结果表明:采用"两步法"对凝胶进行热处理减少了非磁性物质的形成,降低了获得单相锶铁氧体的温度.锶铁氧体在600～700℃开始形成,在900℃获得单一组成的锶铁氧体,在800℃焙烧的锶铁氧体其矫顽力出现最大值Hc=454.16 kA/m,比饱和磁化强度σs=55.91 A·m2/kg.     

疏水疏油二氧化硅增透膜的制备

以正硅酸乙酯为前驱体，氨水为催化剂，采用溶胶-凝胶法，结合全氟辛基癸烷三甲氧基硅烷（FAS）自组装对膜层表面改性，制备了疏水疏油二氧化硅增透膜．采用红外光谱仪，分光光度计，扫描探针显微镜，椭偏仪，静滴接触角测量仪，抗油污染能力测试等技术对膜层性质进行了分析．结果表明：疏水疏油增透膜的峰值透光率为99．8％；与水的接触角为118．0°，与二甲基硅油的接触角达到74．5°；在抗油污染能力测试中，疏水疏油增透膜的抗油污染能力较常规增透膜大大增强．     

磁场非平衡度对CrN_x镀层性能的影响

使用具有不同非平衡度的磁控管直流磁控溅射技术沉积CrN_x镀层,并用Langmuir探针诊断、高斯仪测量、Ansys软件模拟等手段进行表征,研究了磁场非平衡度对溅射等离子体的空间分布状态以及CrN_x镀层的微观结构、硬度及摩擦性能的影响。结果表明:低非平衡度磁控管（K为2.78）将多数离子束缚在靶材表面大约6 cm范围内,而对于高非平衡度磁控管（K为6.41）则在此区域没有类似的高密度等离子体存在。随着磁场非平衡度的增大,CrN_x镀层的厚度递增,物相结构也从Cr+Cr₂N依次向Cr+Cr₂N+CrN和Cr₂N+CrN转化,且镀层的平整度和致密性随之明显改善。同时,CrN_x镀层的硬度随着非平衡度的增大而提高,摩擦系数则随之减小。     

对NaZSM-5分子筛盐酸改性制备TiO2/ZSM-5光催化剂

用盐酸改性处理NaZSM-5得到HZSM-5分子筛载体,再用溶胶-凝胶法在NaZSM-5和HZSM-5表面合成TiO_2前驱体,将其煅烧制备出TiO_2/ZSM-5负载型光催化剂。分别用扫描电镜、X射线衍射、傅里叶变换红外光谱和BET氮吸附对光催化剂的表面形貌、晶相结构和比表面积进行表征,研究了NaZSM-5分子筛盐酸改性对TiO_2/ZSM-5光催化剂的影响。结果表明,盐酸改性对NaZSM-5分子筛骨架结构的影响不大,但是使其结晶度有所降低。负载后TiO_2的晶粒尺寸明显减小,TiO_2/ZSM-5光催化剂的比表面积比纯TiO_2有较大增长。对NaZSM-5分子筛盐酸改性提高了TiO_2/ZSM-5对甲基橙的吸附和光催化降解能力。重复使用四次后,TiO_2/ZSM-5光催化剂的光催化降解率下降为初次使用时的82.4%。     

一种非球形纳米二氧化硅颗粒制备新方法

以低成本工业级硅酸钠为原料,采用离子交换法制备了非球形纳米二氧化硅颗粒。在制备过程中,采用控制无机碱催化剂1%(质量分数)氢氧化钠水溶液滴加到活性硅酸速度的方法来控制二氧化硅晶核成核的形貌,进而控制二氧化硅颗粒的形貌,避免了传统方法(通过引入有机碱或者引入二价或三价阳离子)制备非球形二氧化硅颗粒的不足。扫描电镜显示所制备的二氧化硅颗粒为非球形(呈花生、哑铃或枣状),轴向粒径为10~20nm,径向粒径为45~80nm。激光粒度分析仪测试表明非球形颗粒高斯分布平均粒径为39.0nm,多分散指数高达0.261。该方法制备非球形二氧化硅颗粒步骤简单、环境友好,非常有利于工业化生产与应用。     

磷肥副产白炭黑的粒径分析

为确定磷肥副产白炭黑粒径及其分布,主要考察表面活性剂及其添加量、超声时间、循环速率、遮光率等影响因素,采用响应曲面法,建立遮光率的回归模型,优化得到最佳分散效果的测定条件。结果表明:磷肥副产白炭黑粒径分析的测定条件为:分散剂为三聚磷酸钠,添加量约0.25 mL,超声时间为3 min,循环速率为1 600 r/min,遮光率为30%。所测磷肥副产白炭黑的粒径为中位径d50=(9.52±0.06)μm。     

锰掺杂和氧化铌种子层对铌酸钾钠薄膜电性能的影响

采用溶胶凝胶法制备铌酸钾钠(KNN)系薄膜,根据薄膜的微观形貌结构、电学性能和漏电机制研究了Mn掺杂和种子层对KNN薄膜性能的影响。结果表明：锰掺杂能显著提高薄膜的铁电性能和降低漏电流;在薄膜与衬底之间加入氧化铌种子层,使薄膜的电学性能进一步提高。薄膜的漏电流机制由空间电荷传导和欧姆传导转为欧姆传导和肖特基发射,使漏电流和剩余极化值减小。在强度为600 kV/cm的电场中,有种子层且掺10%(摩尔分数)Mn的KNN薄膜,其最大极化值和剩余极化值分别为20.33 µC/cm²和2.94 µC/cm²。     

添加Mg、Y氧化物对Fe-Mo/Si3N4金属陶瓷微观组织与性能的影响

提出在Fe-Mo/Si_3N_4金属陶瓷中添加Mg、Y氧化物,在常压烧结条件下实现金属复合、晶须技术双重强韧化陶瓷,并研究了Mg、Y氧化物对Fe-Mo/Si_3N_4金属陶瓷的微观组织与性能的影响.结果表明:添加Mg、Y氧化物的Fe-Mo/Si_3N_4金属陶瓷,存在与Si_3N_4润湿性极好的金属Fe与MoSi_2相,颗粒状α-Si_3N_4转变成晶须条状β-Si_3N_4,烧结体致密且晶粒得到明显细化,各项性能得到大幅提升,实现了金属复合、晶须技术双重强韧化Si_3N_4陶瓷。     

不同粒径聚丙烯酸酯乳液的制备及共混物压敏特性

通过改变种子阶段乳化剂用量,采用半连续乳液聚合方法制备了不同粒径的丙烯酸酯共聚物乳液,随着乳化剂用量的增加,乳胶粒径明显变小,乳液黏度迅速增大;而对乳液聚合过程几乎没有影响,乳胶粒球形生长,二次成核粒子很少。将不同粒径的单分散乳液共混,利用动态机械热分析仪(DMA)表征共混物的分子运动,并依据FINAT标准测试了干燥后共混乳液的初粘力、剥离力和持粘强度。随着小粒径乳胶粒的加入,双组分丙烯酸酯共混物的初粘力增加,持粘强度降低;而三组分共混物乳液的性能受不同粒径乳液含量的影响,剥离力呈现下降的趋势。     

荧光介孔二氧化硅纳米粒子的制备及其性能探究

利用单层十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)表面活性剂包覆染料并将其转相到水中,通过溶胶-凝胶法制备以荧光染料为核、介孔二氧化硅纳米粒子(MSNs)为壳的荧光介孔二氧化硅纳米粒子。利用DLS探讨了正硅酸乙酯、表面活性剂、氨水、染料浓度对粒子粒径的影响,利用SEM、TEM、TG、UV、PL光谱分析手段对复合纳米粒子结构、形貌、热稳定性、光谱进行了表征和探讨。结果表明,随着正硅酸乙酯和氨水用量增多,粒子粒径增加;表面活性剂用量较少时粒径会较大;染料浓度较低时对粒径影响较小;制备出的粉体可以在100nm左右可控;荧光强度提高、染料与二氧化硅最佳掺杂质量比为1.5×10-3;由于是物理包覆所以热稳定性提高有限,但抗紫外耐老化性有显著的提高。