（材料学专业论文）减反射玻璃的研制.pdf

摘要 摘要 目前，国内的绝大部分镜框玻璃、展柜玻璃、玻璃幕墙等都未采用减反射玻 璃，而有关减反射玻璃的研究大多是用于光学方面，以提高基片玻璃的抗激光损 伤闽值为目的。关于镜框、建筑等方面的减反射玻璃的研究很少。本课题的研究 内容为制备用于镜框、建筑等方面的减反射玻璃，并根据用途的不同，采用不同 的制备方法。 根据减反射玻璃用途，将其分为防眩玻璃和增透玻璃。对于防眩玻璃，如镜 框、显示器屏幕玻璃和展柜玻璃，要求在保证有足够透光率的前提下，散射角尽 可能大，即提高漫反射率，从而降低反射率；而对于增透玻璃，如太阳能集热器 窗口玻璃、玻璃幕墙等，则要求尽可能提高光线的入射率，从而降低反射率。 对于防眩玻璃，本实验采用先化学处理再抛光的工艺。在水溶性化学处理粉 的基础上，着重研究了化学处理的温度、时间和抛光时间、温度对防眩玻璃的透 过率和反射率的影响，通过提高玻璃表面漫散射而降低玻璃表面镜面反射，以期 使玻璃的反射率最低，同时透过率较高，找出化学处理工艺和抛光工艺的最佳结 合点。 利用紫外可见分光光度计，测定防眩玻璃在可见光范围内的透过率和反射 率。比较得知，化学处理1 2 0 s ，抛光1 2 0 s 时，玻璃的防眩减反射性能最佳，其 反射率3 左右，透过率8 6 左右。并利用表面粗糙度仪，观察玻璃表面形貌， 发现化学处理和抛光工艺因素都影响着玻璃表面粗糙程度，而玻璃的表面粗糙程 度决定其透过率和反射率的大小。表面粗糙度分析进一步论证了玻璃具有低的反 射率，高的透过率时，玻璃表面具有精细的粗化结构，其轮廓算术平均偏差r a 在2 5 0 n m 左右。 对于增透玻璃，应用溶胶一凝胶法技术以玻璃为基板制备了具有增透效果的 s i 0 2 薄膜，通过提高玻璃表面的透过率来降低玻璃表面反射，着重研究了溶胶的 p h 值、陈化时间、热处理温度对增透玻璃性能的影响。 利用紫外可见光光度计测定镀膜玻璃在可见光范围内的透过率，比较得知， 当溶胶p h = 9 5 7 、陈化5 天、热处理温度4 5 0 。c 时，镀膜玻璃的透过率最高。并对 于凝胶进行比表面积分析( b e t ) 、利用扫描电镜观察膜层表面，进一步论证了镀 北京工业大学工学硕士学位论文 膜样品达到最佳的透过率时，s i 0 2 薄膜为多孔结构，最可几孔径1 2 r i m 左右，且 孔隙分布均匀，孔隙率高。 关键词减反射玻璃；化学处理一抛光；溶胶凝胶；透过率；反射率 a b s t r a c t n o w , a n t i - r e f l e c t i v eg l a s s e sa r e u tu s e di nm o s tp i c t u r ef r a m e s ，e x h i b i t i o ng l a s s e s a n dg l a s sc u r t a i nw a l l s b u tm o s tr e s e a r c h e so nh n t i r e f l e c t i v eg l a s sa i m sa td e c r e a s i n g l a s e r d a m a g e t h i sp a p e rm a i n l yd e a l sw i t l lm a n u f a c t u r i n gd i f f e r e n tt y p e so f a n t i r e f l e c t i v eg l a s s e s a n t i r e f l e c t i v eg l a s s e sc a nb ec l a s s i f i e di n t ot w ot y p e sa c c o r d i n gt ot h e i rf u n c t i o n ： a n t i g l a r eg l a s s ( a g ) a n da n t i - r e f l e c t i o ng l a s s ( a r ) w h e nt h e ya g eu s e di nf r a n l e so r f o re x h i b i t i o n , t h e i rs c a t t e r i n ga n g l e ss h o u l db ew i d e n e do nt h eb a s i so fs u f f i c i e n t t r a n s m i t t a n c e w h i l eu s e da ss o l a re n e r g yh e a tc o l l e c t i n gd e v i c e so rg l a s sc u r t a i n w a l l s ，h i g h e rt r a n s m i t t a n c ei sn e e d e d a gb a s s e sc a nb em a d et h r o u g ht h ep r o c e s so fc h e m i c a lt r e a t i n ga n dp o l i s h i n g t h i sp a p e ra n a l y z e st h ei n f l u e n c eo ft e m p e r a t u r ea n dt i m eo nt r a n s m i t t a n c ea n d r e f l e c t a n c et of i n d t h eb e s tc o n j o i n i n gp o i n tb yu s i n g a q u e o u sg l a s sc h e m i c a l t r e a t i n gp o w d e r t h et r a n s m i t t a n c eo f t h ea gg l a s s e sc a nb et e s t e db yu s i n gu v v i ss p e c t r o m e t e r , 1 1 1 ec o n c l u s i o ni st h a tt h ev i s i b l er e f l e c t a n c ec a nb el e s st h a n4 a n dt r a n s m i t t a n c e c a nr e a c h8 6 0 1 1t h ec o n d i t i o no f c h e m i c a lt r e a t i n gf o r1 2 0 sa n dp o l i s h i n gf o r1 2 0 s s u r f a c em o r p h o l o g yc a nb eo b s e r v e db y 娜r f a c ep r o f i l e r t h et e m p e r a t u r ea n dt i m eo f c h e m i c a lt r e a t i n ga n dp o l i s h i n gb o t ha f f e c tt h er o u g h n e s so ng l a s ss u r f a c e t h ed e g r e e o fs u r f a c er o u g h n e s sd e t e r m i n e st h ed e g r e eo ft r a n s m i t t a n c ea n dr e f l e c t a n c eo fg l a s s t h i sf u r t h e rp r o v e st h a tl o wr e f l e c t a n c ea n dh i 曲t r a n s m i t t a n c ea r eg a i n e dw h e nt h e g l a s ss u r f a c eh a sf i n ec o a r s es t r u c t u r ew h e n t h er ai sa b o u t2 5 0 n m a st oa n t i r e f l e c t i o ng l a s s s i l i c ao x i d ea n t i r e f l e c t i v ec o a t i n g sa r em a d et h r o u g h s o l g e lp r o c e s s m u c he m p h a s i si sp u to nt h ee f f e c to fp h ，a g i n gt i m ea n dh e a t t e m p e r a t u r eo nt r a n s m i t t a n c eo f t h ef i l m t h et r a n s m i t t a n c eo f t h ea r 西a s s e sc a nb et e s t e db yu s i n gu v v i ss p e c t r o m e t e r a n dt h ea n t i r e f l e c t i v ee f f e c to ft h ef i l mi so p t i m a lw i t hap r o p e rp h ，a g i n gt i m ea n d h e a tt r e a t m e n tt e m p e r a t u r e s i 0 2x e r o g e li st e s t e db yb e t t h es u r f a c em o r p h o l o g yi s i i i 北京丁业大学工学硕士学位论文 s t u d i e dw i t hs e m b e ta n ds e mr e s u l t ss h o wt h ef i l mi si nt h ep o r o u ss t r u c t u r ea n d w e l l d i s t r i b u t e d , a n dt h em o s tp o s s i b l ea p e r t u r ei sa b o u t1 2 r i mw h e nt h ef i l mh a sh i g l l v i s i b l et r a n s m i t t a n c e k e yw o r d sa n t i - r e f l e c t i v eg l a s s ；c h e m i c a lt r e a t i n g - p o l i s h i n g ；s o l - g e lp r o c e s s ； r e f l e c t a n c e ；t r a n s m i t t a n c e i v 独创性声明 本人声明：所呈交的论文是我本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其他教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 豁侈黪日期： d 7 占 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保 留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分 内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：经验导师警：，t 日期：d7 占 8 一。_ 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 课题提出的背景 日常生活中我们都有被眩光袭扰的经历。1 9 8 4 年北美照明工程学会对眩光的 定义为：在视野内由于远大于眼睛可适应的照明而引起的烦恼、不适或丧失视觉 表现的感觉。即指引起人体不舒适感的溢散光，是严重的光污染【l 】。眩光是一种 视觉条件，这种条件的形成或是由于亮度分布不适当，或是亮度变化的幅度太大， 或是空问、时间上存在着极端的对比，以致引起不舒适或降低观察重要物体的能 力，或者同时产生这两种现象。眩光可由高亮度的光源( 灯光、太阳光) 直接照 射到眼睛( 直接眩光) 、也可由于光滑物体表面( 如玻璃表面、水面) 的强烈反 射光( 反射眩光) 所造成 2 1 。本课题的眩光指的是反射眩光。 首先，我们在操作电脑时常常为显示器外部的景物及光线在显示器表面的反 映而无法看清显示内容而烦恼；又如当我们驻足于玻璃橱窗前探究橱窗内景物 时，玻璃表面反光往往使你无法清晰观察到窗内景物等等。目前，字画的镜框玻 璃、展柜玻璃等基本上都采用普通平板玻璃，由于玻璃表面反射形成镜面效果， 使它将周围的影像及灯光反映了出来，影响了观赏效果。 其次，太阳能热水器是可再生能源技术领域商业化程度最高、推广应用最普 遍的技术之一。2 0 多年来，太阳能热水器在我国得到了快速发展和推广应用。太 阳能热水器产品经历了闷晒式、平板式、全玻璃真空管式的发展。目前其产品的 发展方向仍是注重提高集热器的效率，其中盖板上涂敷减反射薄膜提高日射透过 率是非常有效的方法【3 j 。 另外，随着经济建设的不断发展，热反射镀膜玻璃幕墙在大型建筑上的应用 越来越普及，但同时也引发了“光污染”等环境问题 4 1 。一方面，光污染是制造意 外交通事故的凶手。矗立在交通繁忙道路旁或十字路口上的一幢幢玻璃幕墙大 厦，就像一大块几十米宽、近百米高的巨大镜子，在太阳光下熠熠闪光，并对交 通情况和红绿灯进行反射( 甚至是多次反射) ，反射光进入高速行驶的汽车内，会 造成人的突发性暂时失明和视力错觉，在瞬间会遮住司机的视野，或使他感到头 晕目眩，严重地危害行人的安全和司机的视觉功能。另一方面，光污染也给附近 北京工业大学丁学硕士学位论文 的居民生活带来了麻烦【5 】。 而这些问题都是由于玻璃表面的光的反射引起的，因为普通玻璃表面的可见 光反射率为9 1 0 ，反射系数较高。 而目前有关减反射玻璃的研究大多是用于光学方面，以提高基片玻璃的抗激 光损伤阈值为目的。关于镜框、建筑等方面的减反射玻璃的研究很少。 1 2 减反射玻璃定义和分类 减反射玻璃，是将玻璃表面进行特殊处理的一种玻璃。减反射玻璃是把优质 玻璃原片的单面或双面经过特殊工艺处理，使其与普通玻璃相比具有较低的反射 比，光的反射率由8 9 左右降低到4 以下 6 1 。 减反射的概念包括两个方面，一个方面是降低玻璃表面的镜面效果，将光的 反射转为漫反射；另一方面是指是减少入射光的全频谱反射，增加透射，从效果 上讲，就是透明度提高，相应降低了反射率。我们将实现上述两种条件的减反射 分别称为防眩减反射和增透减反射。 对于临街店面的橱窗玻璃、博物馆的画柜玻璃、展柜玻璃、商店柜面玻璃等 要求低反射率的场合，宜采用防眩玻璃。防眩玻璃的可见光反射率小，可以降低 环境光的干扰，减少屏幕反光，让图像更清晰，创造清晰透明的视觉空间，让观 赏者体验到更佳的视觉享受。 对于太阳能集热器盖板玻璃，玻璃幕墙等，通过提高透过率来减少反射率。 1 3 减反射玻璃制备工艺的发展状况 目前国内外关于减反射玻璃的研究主要是增透膜的研究，且大多用于光学仪 器，以提高基片玻璃的抗激光阈值为目的川。薄膜制备的化学方法主要有：化学 气相沉积、电镀、化学镀、阳极反应沉积法等。薄膜制备的物理方法主要有：真 空蒸发、溅射法、离子束沉积等1 8 】：但这些制备工艺都较复杂、工艺条件也复杂、 所需设备昂贵，且对膜料和被镀件也有一定的限制、成本较高，且不适合用于室 外环境。而溶胶一凝胶技术，操作过程简单，不需要真空设备，造价低廉，具有 很高的经济价值。并且由于薄膜是通过镀膜溶液水解产生，与玻璃表面以及各层 之间以化学键结合，因此膜层的附着力强，本身的牢固性好。 现在人们对用溶胶一凝胶技术制各光学方面的减反射膜进行了大量的研究。 其中s i 0 2 溶胶一凝胶减反射膜由于结构可控、折射率可调和材料易于获取而应用 第1 军绪论 和研究最多，被认为是光学领域中制各光学薄膜的主要发展方向之一。w 0 9 1 等 用酸碱两步法制备的s i 0 2 溶胶凝胶薄膜，其折射率可从1 1 8 连续变化n 1 4 2 。俞 波等制备的减反射膜在掺杂的情况下，s i 0 2 ：b 2 0 3 ：n a 2 0 的摩尔比为8 5 ：1 0 ：5 时，其 透光性较为理想；在酸碱两步催化条件下，正硅酸乙酯：乙醉：盐酸：氨水的体积比 = 5 0 ：1 4 6 ：5 3 ：2 时，在5 8 0 n m 左右透光性较好；而在无掺杂酸催化的条件下，正硅 酸乙酯：乙醇：水：盐酸的体积比为4 0 ：8 0 ：1 2 5 ：0 1 6 2 时，在5 1 0 n m 左右的光学增透性 能最佳【l o l 。而氨水催化在玻璃基片上制备的s i 0 2 两面减反射膜的峰值透过率可达 9 9 。贾巧英等以钛酸正丁酯 t i ( o b u ) 4 、正硅酸乙酯( t e o s ) 为原料，采用溶胶 凝胶提拉方法在k 9 光学玻璃基片上镀制的批v 2 型宽带增透膜。在4 0 0 7 0 0 h m 光谱范围的透过率比基片的平均透过率提高6 6 4 1 l 】。赵桂荣等则对 s i 0 2 - z r 0 2 两层减反射膜作了一些研烈1 2 1 。1 ：1 4 s i 0 2 b a o ，s i o ：b 2 0 3 a 1 2 0 3 f 1 3 - 1 蜘组 成形成膜经过化学处理后，不仅能控制膜的孔结构，而且还能在控制膜厚度方向 上组成梯度。这些梯度折射率膜在高能激光上得到很有价值的应用。如激光波长 为1 0 6 u r n 时，其反射率为0 1 5 0 7 ，同时这些膜激光损坏阈值比一般减反射 膜大4 倍。b e y o l d a s 1 7 - 2 0 1 用溶胶一凝胶法一次完成硅太阳能电池的减反射膜和 p - n 结的形成。在钛醇盐和硅醇盐混合溶液中掺入p 型掺杂元素( 如b 元素) 醇盐制 成涂层溶液( b 2 0 3 一t i 0 2 一s i ( h 系) ，在浸渍涂层加热过程中b 扩散到作为基底的s i 片 中形成p n 结，同时薄膜形成的多孔结构起减反射作用。理论计算表明：当折射率 n = 2 时，膜厚d = 0 0 7 5 n m 时能完全消除反射。可以通过调节t i 0 2 s i 0 2 系统组成使n 在1 4 2 4 范围内变化。 虽然s i 0 2 增透膜具有良好的光学性能，但不具备疏水性能，易受空气中潮气 的影响，使用寿命短。在以后的研究中，疏水型s i 0 2 增透膜将为研究重点。 1 4 减反射玻璃的减反射机理 1 4 1 防眩玻璃的减反射机理 漫反射和镜面反射都是光投射在物体表面上的反射现象，两者都遵循光的 反射定律。不同的在于反射面相异，反射面粗糙，发生的是漫反射；反射面光 洁，发生的是镜面反射。一般情况下，如果人眼接收到的是漫反射光线，就可以 看清物体的表面i 2 l 】。 防眩玻璃的减反射机理：在基底表面形成一层凸凹不平的具有“蜂眼效应” 北京工业大学工学硕士学位论文 的多孔膜层( 常用无机酸等化学试剂腐蚀的办法来制备) ，表面因这层膜的存在而 于基底相比发生折射率系数的改变，加上凹坑和凸起使入射光线发生较多的漫反 射，抑制因镜面反射损失的光，达到减反射的目的吲。 1 4 2 增透玻璃的减反射机理 1 4 2 1 溶胶一凝胶制备薄膜的原理一些易水解的金属化合物( 无机盐或金属醇 盐) 在某种溶剂中与水发生反应，经过水解和缩聚过程形成溶胶，再经过涂敷在 基底上形成液膜，经凝胶化后通过热处理可转变成无定形态或多晶态膜。 在醇盐一水体系中，由醇盐的水解一缩聚反应形成无水氧化物网络结构的净 反剧硼可表示为： m ( o r ) n + x h 2 0 - * m ( o h ) x ( o r ) n - x + x r o h 水解 ( 1 1 ) m ( o h ) x ( o r ) 。一x m o m + x 趁h 2 0 牛( n - x ) 2 r o h缩聚( 1 - 2 ) 式中m 二金属元素，如s i 、t i 、z r 、a 1 ，n a 等； r c m i - 1 2 m + l 。 1 4 2 2 膜的减反射原理利用折射率不同的两层膜对反射光的干涉原理减少反 射。 一、。一、 ￥钐 l i d j 、 t 、 、 t 图1 - 1 单层膜表面反射2 4 1 f i g 1 - 1r e f l e c t i o nb e h a v i o u r 0 1 1t h es u b s t r a t e 由于菲涅耳反射的原因，普通的光学玻璃的透过率一般不会超过9 2 。对于 单层膜如图1 1 所示，在入射介质n o ；和l 基底介质n ? 之间，涂有一层厚度为d 、折射 率为 ，的薄膜。设一束单色平行光由咖以入射角多口入射到膜层后，则在两界面之 间进行多次反射的光，将发生多光束干涉。设n o 和7 1 1 界面反射系数为y ，；”，和啦 界面反射系数为 ；经过严格的推掣2 5 之8 1 ，可得单层膜反射率： r = 雨y 2 i + 磊2 y l y 忑2e o 两s 2 8 + 鬻y 2 2 0 - 3 ) l + 2 n y 2 c o s 船+ 斤疙 式中2 每一相邻两相干光束的位相差。 对于光学厚度为朋膜时，在垂直入射时2 占呗，则得薄膜的透射率 t = 1 一r ( 1 - 4 ) 肛等等 ( 1 - s ) 慢+ 巧j 故单层薄膜的反射率r = 0 时可达到减反射的目的其折射率必须要满足如下 条件： 砰= n o n 2 ( 1 - 6 ) 入射介质为空气时，n 尹1 ，常用玻璃的折射率为1 4 5 8 1 5 3 4 f 2 9 1 。由上式可 知，膜材的折射率应在1 2 l 1 2 4 。一般致密材料难以达到如此低的折射率，而 膜材的折射率与其密度有关，提高膜材的孔隙率，就可以降低折射率。膜材的折 射率与其孔隙率有如下关系删： 捍。= ( 月2 - 1 ) ( 1 - p ) + l ( 1 - 7 ) 式中：含孔隙膜材的折射率； 舻一致密膜材的折射率； p 一非散射孔洞所占膜材的体积百分数。 表1 1 列举了5 种在3 5 0 1 0 6 0 n m 光谱内无吸收的氧化物的折射率，及其折射 率降至1 2 3 所需的孔隙率。由表中数据可知，s i 0 2 膜材在孔隙率为5 0 左右的时 候，其折射率即可达到1 2 3 c 3 1 - 3 3 1 左右，相对来说较为容易实现。因此溶胶一凝胶法 镀减反射膜一般选用s i 0 2 作为膜材料。 表1 1 各种致密氧化物层折射率及n = 1 2 3 所要求的孔隙率l 卅 t a b l e1 - lr e d u c t i o no f r e f r a c t i v ei n d e xb yi n c l u s i o no f n o - s c a t t e r i n gp o r o s i t y 北京工业大学工学硕士学位论文 1 5 论文选题的意义和研究内容 1 5 1 研究意义 目前，国内的绝大部分镜框玻璃、展柜玻璃、显示器玻璃、玻璃幕墙等都未 采用减反射玻璃，而我国关于减反射玻璃的研究大多用于光学仪器方面，关于此 方面的研究很少；同时，提倡节约能源，太阳能热水器发展势头强劲。因此减反 射玻璃的制备研究价值很大，市场潜力很大。 1 5 2 研究内容 减反射玻璃的制备方法依其用途的不同而不同，有些场合，如用于镜框、显 示器屏幕玻璃和展柜玻璃，则要求在保证有足够透光率的前提下，散射角尽可能 大，亦即漫反射率提高。而太阳能集热器窗口玻璃、灯具玻璃、玻璃幕墙等，要 求尽可能提高光线的入射率，相应反射率降低。 本研究课题，研制出不同用途的减反射玻璃的不同制备方法，并考虑如何将 研究成果用于生产以及探索更有用有效的制作工艺，为实现低成本工业化生产提 供必要的基础研究。 本课题研究内容主要分为两部分： 防眩玻璃采用先化学处理后再进行抛光的方法，在玻璃表面形成一定精细程 度的粗糙面，把反射光转为散射光。通过对化学处理、抛光过程中工艺因素对玻 璃的透过率和反射率的影响及玻璃表面微观结构的分析，选择出较好的化学处 理、抛光工艺制度，使之具有低反射率的同时，透过率几乎不变。 增透玻璃采用溶胶一凝胶方法在玻璃基片表面镀层多孔二氧化硅薄膜，提高 透过率，降低反射率。通过对溶胶一凝胶工艺参数对膜的性能及膜的微观结构的 影响，从而得出较好的工艺参数，使之具有高的透过率。 第2 章实验方法与测试手段 2 1 防眩玻璃制备 2 1 1 实验方案 为了获得的反射率同时，保证玻璃具有一定的透过率。本实验采用先化学处 理再抛光的实验方案。具体工艺流程见图2 1 所示： 图2 - 1 防眩玻璃的制备工艺流程图 f i g 2 - lt h ep r o s so f p r e p a r a t i o no f a n t i - g l a r eg l a s s 2 1 2 实验过程 2 1 2 1 预处理玻璃基片第一步清除玻璃表面的浮尘、油脂、风化膜等使玻璃清 洁干净，玻璃基片先用洗洁净清洗，再用水冲洗，干燥待用。第二步在不需要化 学处理的玻璃表面贴上塑料保护膜，四周用透明封箱胶封好，确保药液不会漏到 不用化学处理的玻璃表面。 2 1 2 2 配制化学处理液通过前期实验，确定化学处理液配合料组成，与水按照 一定比例混合配制成化学处理液。 2 1 2 3 配制抛光液通过前期实验，确定抛光液配合料组成，按一定比例配制好 抛光液。 2 1 3 实验原料 实验中采用的化学原料的状况如表2 1 所示： 北京t 业大学t 学硕士学位论文 表2 一l 实验所用的主要化学原料 t a b l e 2 - 1t h er a w m a t e r i a l o f e x p c r i n l c n t g 2 1 4 实验仪器及设备 1 ) 电子天平 型号：b x 4 2 0 h 称量范围：0 4 0 0 9 分度值：0 0 0 1 9 生产厂家：s h i m a d i uc o r p o r a t i o n 2 ) 电子恒温水浴锅 额定功率：1 5 k w 温度波动范围：士l 温度调节范围：3 7 1 0 0 c 生产厂家：江苏金坛市宏华仪器厂 3 ) 其他仪器 秒表、烧杯、量筒等 2 1 5 实验测试手段 2 1 5 1 紫外可见光谱分析采用日本岛滓公司u v 3 1 0 1 p c 系列紫外一可见分光 光度计。该方法可以测试样品在可见光范围内的透过率和反射率。 紫外可见光谱分析仪测试原型3 5 l ，由比尔一朗伯定正比律可知被测物质对 单色光的吸光度与被测物质浓度成正比，而且不同的物质对不同波长的单色光有 第3 章防眩玻璃的制各和性能测试 不同的吸光度值。通过双光束，同时测量参比样品和被测样品。经过比较直接得 到物质的透射或反射光谱图。 2 1 5 2 扫描电镜分析利用日本j e o l 公司生产的j e o l - 6 5 0 0 f 型场发射扫描电 镜。该方法样品表面形貌分析，观察粒子的形貌和颗粒大小。 扫描电子显微镜的成像原理是利用聚焦电子束在样品上扫描时激发的某些 物理信号( 如二次电子) 来调制一个同步扫描的显像管在相应位置的亮度而成像 的一种显微镜。扫描电镜成像立体感强、视场大。样品制备：将样品放于样品台 上一同放入p e l c o sc 7 镀膜仪内，在1 0 m a 的电流下镀金2 0 0 s e e ，然后连同样 品台带入电镜室测定。 2 1 5 3 表面粗糙度分析为了能充分完整地反映表面微观几何形状的特性，现用 以研究或纳入标准采用的评定表面粗糙度的参数己达3 0 多个。表面粗糙度的评 定参数大致分为三类【3 6 】：纵向评定参数( 高度参数，一维) 、横向评定参数( 间 距参数，一维) 和形状评定参数( 二维) ，另外还有一种综合评定参数。其中优 先选用的参量为r a 和r m s 。 轮廓算术平均偏差r d ，是取样长度l 内轮廓偏距绝对值的算术平均值： 兄= l n , y 式中) l 一为随机的取样长度内的轮廓偏距 轮廓的均方根粗糙度r m s ，是取样长度l 内轮廓偏距的均方根值： r m s = 也拟功出 ( 2 - 1 ) ( 2 - 2 ) 式中户一为随机的取样长度内的轮廓偏距 本实验采用z y g o 公司的n e w v i e w5 0 0 0 t m 光学测量系统来测量玻璃基片的 表面微观形貌，它运用白光干涉技术，在z 轴上具有极高的分辨率( o 1 n m ) 。通 过附加软件，可以清晰地看见三维立体形貌，并且对玻璃表面没有损伤。图2 - 2 为表面粗糙度测量仪照片。 北京工业大学工学硕士学位论文 图2 - 2 表面粗糙度测量仪 f i g 2 - 2m e a s u r e m e n ti n s t r u m e n to f s u r f a c er o u g i l i l s 2 2 增透玻璃的制备 2 2 1 实验方案 本实验在玻璃基片上镀层多孔二氧化硅薄膜来达到增透减反效果。增透玻璃 的制备过程分为溶胶的制备、基片的准各、涂膜以及干燥热处理四个步骤。具体 工艺见图2 3 。 图2 3 增透玻璃制备工艺流程图 f i g 2 - 3t h ep r o c e s so f p r e p a r a t i o no f a n t i r e f l e c f i o ng l a s s 2 2 2 实验过程 2 2 2 1 溶胶的制备采用分析纯的正硅酸乙酯( t e o s ) 为前驱体、无水乙醇为溶 剂，选用浓氨水为催化剂。溶胶的制各过程在通风柜中进行，取定量乙醇分为两 份，一份与正硅酸乙酯混合，另一份与氨水及去离子水混合，使用磁力搅拌器进 行搅拌，搅拌过程中将后者缓慢滴加到前者，然后室温下再搅拌。搅拌结束立即 密封，在室温下陈化。 第3 苹防眩玻璃的制备和性能测试 2 2 2 2 玻璃基片的清洗玻璃衬底的清洁度对于膜层的质量稳定以及薄膜结合 性都有显著的影响，因此衬底应无任何污染。根据多次试验，确定了以下的清洗 工艺程序： 载玻片玻璃一洗涤剂清洗一自来水冲洗一蒸馏水漂洗一无水乙醇超声波清 洗一干燥备用 2 2 2 3 涂膜本实验选取旋转镀膜法。旋转涂覆法是在匀胶机上进行的，基板水 平固定于匀胶机上，滴管垂直基板并固定在基板正上方，将预先准备好的溶胶溶 液通过滴管滴在匀速旋转的基板上，在匀胶机旋转产生的离心力作用下溶胶迅速 均匀铺展在基板表面。 2 2 2 4 干燥热处理镀膜后的样品放入真空干燥箱里干燥，干燥后再将镀膜样品 放入马弗炉中，按照一定的程序升温，在某一特定热处理温度下保温一段时间后， 自然冷却到室温。 2 2 3 实验原料 实验中采用的化学原料的状况如表2 2 所示； 表2 - 2 实验所用主要化学原料 t a b l e2 - 2t h e r a wm a t e r i a l so f e x p e r i m e n t s 2 2 4 实验仪器及设备 1 ) 电子天平 型号：a l l 0 4 称量范围：0 1 1 0 9 分度值：o 1 m g 生产厂家：梅特勒一多利多仪器( 上海) 有限公司 北京工业大学工学硕士学位论文 2 ) 集热式恒温加热磁力搅拌器 型号；d f - 1 0 1 s 转速：0 1 2 5 0 转分( 无级调速) 控温范围：r t 2 9 9 生产厂家：巩义市英峪予华仪器厂 3 ) 超声波清洗器 型号：k q 一5 0 0 d v 型 生产厂家：昆山市超声波仪器有限公司 4 ) 真空干燥箱 型号：1 0 1 1 a 型 温度波动度：+ l 温度均匀度： 3 5 生产厂家：天津市泰斯特仪器有限公司 5 ) p h 计 型号：p h 2 1 1m i c r o p r o c e s s o r p hm e t e r 测试范围：o 0 0 1 4 0 0 精确度：士o o l ，士o 5 生产厂家：北京哈纳科仪科技有限公司 6 ) 程控马弗炉 型号：s i u x - 4 1 3 输入电压：a c 2 2 0 v 炉膛尺寸：2 5 0 x 1 5 0 x 1 0 0 m m 额定功率：5 k w 最高使用温度：1 3 0 0 c 温控主要技术参数：额定电压：交流3 8 0 v ；控制精度：士1 生产厂家：长沙实验电炉厂 7 ) 其他仪器 旋转镀膜机、砂芯玻璃漏斗、微孔滤膜、烧杯、玻璃棒等 第3 章防眩玻璃的制各和性能测试 2 2 5 实验测试手段 2 2 5 1 傅立叶变换红外光谱分析采用德国b r u k e r 公司v e r t e x 7 0 型红外光 谱分析仪。光谱范围为4 0 0 4 0 0 0 c m l 。测试时，将待测样品与k b r 以l ：1 0 0 的比例混合均匀后，在压片机中压制成透明薄片，进行测试。该方法可以测试溶 胶中有机基团的变化。傅立叶变换红外光谱仪测试原理【3 5 1 红外光的频率和能量 只能使分子发生振动能级或转动能级的跃迁。一定频率的红外线经过分子时，就 被分子中相同振动频率的键所吸收。如果分子中没有相同振动频率的键，红外线 就不会被吸收。物质的红外光谱是其分子结构的客观反应，图谱中的吸收峰都对 应着分子和分子中各个基团的振动形式。 可以由己知图表推断化合物红外光谱特征吸收：或根据红外光谱特征，初步 判断化合物中可能存在什么官能团，并且进一步选择正确结构 2 2 5 2 比表面积分析( 孑l 的分析) 采用美国m i c r o m e r i f i c s 公司的a s a p 2 0 2 0 全 自动快速比表面积分析仪进行比表面积的测定，测试前样品先在2 0 0 。c 下抽脱活 化4 h 。s a 3 1 0 0 采用“气体吸附”的方法。该方法可以描述为使用已知尺寸的气体 分子浓缩( 吸附) 在未知式样的表面过程。浓缩的气体的数量以及产生的试样压 力被记录并用于结果的计算。该数据在恒定温度测得时，可以建立一个等温线。 等温线数据然后可用于计算模型以获得表面积结果。 氮气吸附法基本原理是：在液体氮( 1 9 5 c ) 或液态空气( 1 9 2 。c ) 的低温 下，根据粉末吸附氮气的量，来计算出粉末的比表面值。显然，粉末吸附的氮量 越多，则比表面积愈大。采用低温吸附不仅可以排除化学吸附的干扰，使吸附过 程纯为物理吸附，而且可以增大氮气的吸附量，减少测定误差。 通过b e t 多层气体吸附法，测量了不同条件下合成的纳米颗粒比表面积 若把纳米颗粒当作球形颗粒，利用下式可计算出其当量直径。 2 去( 2 - 3 ) 式中：s 一粉术的比表面，米2 克； p 一密度，克厘米3 ； 扣当量直径，微米。 2 2 5 3 阿贝折射仪分析采用上海物理关系仪器厂生产的w a y i s 数字阿贝折 北京工业大学工学硕士学位论文 射仪。该方法可测定不同陈化时间的溶胶的折射率。 阿贝折射仪测试原理：基于测定临界角，由目视望远镜部件和色散校正部件 组成的观察部件来瞄准明暗两部分的分界线；也就是瞄准临界的位置，并由角度 一数字转换部件将角度置换成数字量，输入微机系统进行数据处理，而后数字表 现出测试样品的折射率。 2 ，2 5 4 旋转粘度分析采用成都仪器厂生产的n d j 7 型旋转粘度计。该方法可测 定不同陈化时间的溶胶的粘度。 旋转粘度计工作原理：仪器的驱动是靠一个微型的同步电动机，它以一定的 转速旋转。电动机的壳体采用悬挂式安装，它通过转轴带动转筒旋转，当转筒在 被测液体中旋转受到粘滞阻力，产生反作用而使壳体偏转，电动机壳体与二根一 正一反安装的金属游丝相连，壳体的转动使游丝产生扭矩，当两力矩达到平衡时， 与电动机壳体相连接的指针便在刻度盘上指出某一数值，此数值与转筒所受粘滞 阻力成正比，于是刻度读数乘上转筒因子就表示出被测溶胶动力粘度的量值。 2 2 5 5 物相分析由x 射线衍射图来判断薄膜的组成物质是晶态还是非晶态的。 采用日本理学采用日本理学公司d m a x 3 c 型x 射线衍射仪( c u 靶，管电压 3 5 k v ，管电流3 0 m a ，扫描范围1 0 0 7 0 。，波长0 1 5 4 0 5 9 n m ) 。 2 2 5 6 接触角( c a 分析) 由薄膜与水的接触角的变化来推断膜层的疏水程度。 采用德国d a t a p h y s i c s 公司o c a 2