菲涅尔透镜表面的减反增透涂层及其制备方法技术

本发明专利技术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和菲涅尔透镜表面的超亲水自清洁的减反增透涂层，以及它们的制备方法。本发明专利技术将含有粒径大约为10～100nm的实心SiO2球形纳米粒子的乙醇悬浮液旋涂在经氧等离子体处理得到的菲涅尔透镜的纹面和光面，沉积后得到减反增透涂层。将含有粒径为30～100nm的介孔SiO2球形纳米粒子的乙醇悬浮液旋涂在带有所述的减反增透涂层的菲涅尔透镜的纹面和光面，沉积后得到超亲水自清洁的减反增透涂层。带有减反增透涂层的菲涅尔透镜的透光率能从94.3%提高到99.8%。带有超亲水自清洁的减反增透涂层的菲涅尔透镜的透光率能从94.3%提高到98.5%。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于纳米材料制备
，特别涉及，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。
技术介绍
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 10-20102Α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 al.Electrochromic Device Having A Self-cleaning Hydrophilic Coating.United StatesPatent Application Publication US2001 / 00210066A I, 2001-09-13 ；K.Toru.VehicleMirror.United States Patent US5594585:1997-01-14;K.Toru.Ant1-fog Element.US5854308:1998-12-29 ；K.Takahama et al.Method of Forming Hydrophilic InorganicCoating Film And Inorganic Coating Composition.United States Patent ApplicationPublication 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(5102和八1203)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。
技术实现思路
本专利技术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%。本专利技术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。本专利技术的目的之三是提供方法和工艺简单、原料廉价、成本低、节省时间、适用范围广的菲涅尔透镜表面的减反增透涂层和超亲水自清洁的减反增透涂层的制备方法。本专利技术的菲涅尔透镜表面的减反增透涂层是粒径大约为10?IOOnm的实心SiO2球形纳米粒子层，该减反增透涂层的表面具有粗糙结构。所述的减反增透涂层的表面有粒径大约为30?IOOnm的介孔SiO2球形纳米粒子层，由此在菲涅尔透镜的表面得到超亲水自清洁的减反增透涂层，该超亲水自清洁的减反增透涂层的表面具有粗糙结构。本专利技术的菲涅尔透镜表面的减反增透涂层的制备方法是采用含有粒径大约为10?IOOnm的实心SiO2球形纳米粒子的悬浮液，利用旋涂的方法将所述的悬浮液旋涂到菲涅尔透镜的表面，使粒径大约为10?IOOnm的实心SiO2球形纳米粒子沉积到菲涅尔透镜的表面，在菲涅尔透镜的表面制备得到减反增透涂层；通过在上述减反增透涂层的表面再旋涂含有粒径大约为30?IOOnm的介孔SiO2球形纳米粒子的悬浮液，在菲涅尔透镜的表面制备得到超亲水自清洁的减反增透涂层。所述的超亲水自清洁的减反增透涂层具有很小的水接触角(水在带有超亲水自清洁的减反增透涂层的菲涅尔透镜表面的接触角能在0.5秒内达到5度以下)，水滴滴在超亲水自清洁的减反增透涂层的表面可以很快铺展，很容易冲走污染物而不留下任何痕迹，从而实现自清洁。所需仪器设备简单、廉价，易于工业化。所述的粒径大约为10?IOOnm的实心SiO2球形纳米粒子为市售产品，或按照 Stober ( Stober W, Fink A, Bohn E.Journal of Colloid & InterfaceScience, 1968, 6:62?69)方法进行制备；所述的粒径大约为30?IOOnm的介孔SiO2球形纳米粒子可按照 Qiao 等(Qiao Z, Zhang L, Guo M, Liu Y, Huo Q.Chemistry ofMaterials, 2009, 21:3823-3829)方法进行制备。本专利技术的菲涅尔透镜表面的减反增透涂层的制备方法包括以下步骤:(I)将菲涅尔透镜在水中超声清洗(一般超声清洗的时间为10?20分钟)，用惰性气体吹干，然后用氧等离子体进行处理(一般氧等离子体进行处理的时间为5?10分钟)；(2)配制含有粒径大约为10?IOOnm的实心SiO2球形纳米粒子的乙醇悬浮液,使用旋涂仪将上述悬浮液旋涂在步骤(I)经氧等离子体处理得到的菲涅尔透镜的纹面和光面；(3)将步骤(2)制备得到的菲涅尔透镜自然晾干，在菲涅尔透镜的表面得到粒径大约为10?IOOnm的实心SiO2球形纳米粒子层，由此在菲涅尔透镜的表面得到减反增透涂层，该减反增透涂层的表面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种菲涅尔透镜表面的减反增透涂层，其特征是：所述的减反增透涂层是粒径为10～100nm的实心SiO2球形纳米粒子层，该减反增透涂层的表面具有粗糙结构。

【技术特征摘要】
1.一种菲涅尔透镜表面的减反增透涂层，其特征是:所述的减反增透涂层是粒径为10?IOOnm的实心SiO2球形纳米粒子层,该减反增透涂层的表面具有粗糙结构。2.根据权利要求1所述的菲涅尔透镜表面的减反增透涂层，其特征是:所述的减反增透涂层的表面有粒径为30?IOOnm的介孔SiO2球形纳米粒子层，在菲涅尔透镜的表面得到超亲水自清洁的减反增透涂层，该超亲水自清洁的减反增透涂层的表面具有粗糙结构。3.一种根据权利要求1所述的菲涅尔透镜表面的减反增透涂层的制备方法，其特征是，所述的制备方法包括以下步骤: (1)将菲涅尔透镜在水中超声清洗，用惰性气体吹干，然后用氧等离子体进行处理； (2)配制含有粒径为10?IOOnm的实心SiO2球形纳米粒子的乙醇悬浮液，使用旋涂仪将上述悬浮液旋涂在步骤(I)经氧等离子体处理得到的菲涅尔透镜的纹面和光面； (3)将步骤(2)制备得到的菲涅尔透镜自然晾干，在菲涅尔透镜的表面得到粒径为10?IOOnm的实心SiO2球形纳米粒子层，并在菲涅尔透镜的表面得到减反增透涂层，该减反增透涂层的表面具有粗糙结构。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征是:使用旋涂仪，将含有粒径为30?IOOnm的介孔SiO2球形纳米粒子的乙醇悬浮液旋涂在带有所述的减反增透涂层的菲涅尔透镜的纹面和光面；自然晾干，在所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺军辉，周刚，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：