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在玻璃上用溶胶凝胶法制备二氧化硅增透膜 (M.C.包蒂斯塔莫拉莱斯.收稿日期为2002年7月30日，修订于2003年5月12日，发表于2003年6月14日)前言：高能抗反射硅薄膜沉积在玻璃上不具有足够的强度，并显式对基材的附着力差。在玻璃上引入了一定程度的孔隙率，并且对在玻璃上产生的反射效果进行调查，以此来确定获得二氧化硅增透膜的三种方法之中的最佳方式。相比于未涂覆玻璃的研究，从聚合物中得到的多孔二氧化硅层胶体的方法，能够大大减少这些光反射。但是在所有情况下的还原程度，以及作为粘接剂性能不同，取决于所使用的方法来实现的前体溶液。1.介绍: 抗反射（AR）涂层已被广泛使用，以增加太阳能辐射吸收的太阳能集热器，以减少前表面反射的选择性吸收1以及作为集电极玻璃覆盖2。许多应用程序中的透射率是需要增加或减少透明材料在表面的反射。在太阳能光热系统中，AR涂层已被用于抛物面槽式集热器中，无论是在选择性吸收还是玻璃被定位的接收，管周围的表面的材料和空气的折射率之间的不匹配产生的反射率损失，可以减少施加抗反射涂层具有中间折射率。用作太阳能集热器中的盖玻璃的折射率大约是1.54，这意味着一个理想的折射率为1.22的AR涂层。减反射涂层可以是具有中间的折射率的材料，在基板和空气之间用多孔的涂层或折射率梯度材料3。最广泛地用作减反射涂层的材料是介电材料：二氧化硅，二氧化钛和氧化铝的折射率分别为1.45，2.3和1.65，二氧化硅是最为理想的材料，是由于其具有低的折射率，良好的耐用性和耐环境性。然而，二氧化硅AR性能可提高改性的孔隙率或使用的折射率梯度材料。目前若干技术已应用，得到的AR材料用于商业应用程序。这些措施包括溅射（Solel太阳能系统有限公司，喀拉Hotzvim，P.O.箱91450耶路撒冷，以色列），化学气相沉积法4和浸涂从溶胶5-8。如今，物理气相沉积（PVD）是最常用制备太阳能集热器材料的技术，尽管他们有许多不便之处和缺点，例如难以沉积二氧化硅涂层，低增长率的涂层是不可能在槽内储藏的。它已被证明9，溶胶 - 凝胶衍生的AR涂层显示出优异的性能，如均匀性，化学计量控制，纯度，易处理能力等。和复杂的基板材料相比，涂层等技术的溶胶 - 凝胶处理给出了一个很宽的范围，在制备介电材料和孔隙率的控制中具有一定的灵活性。到目前为止，AR涂层的太阳能集热器玻璃表面材料的要求还没有被开发，如高的透射率（ 95），良好的机械性能和易于涂布。二氧化硅涂层可以通过以下方式获得聚合物和胶体，尽管不同的溶胶6,7，不具有AR涂层的机械特性，但不影响玻璃的清洁度。胶体与碱性水解的方法已被广泛地针对于不同应用10,11的多孔二氧化硅涂层。但这种方法提出几个问题，如不同的胶体大小，胶体聚合的形成和必要性，溶胶超滤等。这项工作的目的是为了获得一个AR二氧化硅涂层，在玻璃上的太阳能集成透过率高于96，机械和足够的粘合力是清洁玻璃的属性。本文报道的硅涂料的制备同时使用的方法有：聚合和溶胶前驱体。在聚合物的孔隙率使用聚乙二醇（PEG）和聚乙二醇的方法达到tercoctylphenyleter剂（Triton）作为添加剂。由于其潜在的光学应用，具有光学特性的聚合物和胶体二氧化硅的涂层已被研究应用。具有不同厚度的影响的研究已经随着涂料价格而改变。2.实验过程：硅胶片已经获得以下三个前体的解决方案：（a）聚合物的方法，作为添加剂的聚乙二醇600（命名为聚乙二醇溶胶（PEGS）：Tetraethylethoxysilane，硅（OC2 H5）4正硅酸乙酯（TEOS）混合用乙醇（EtOH）作为催化剂和用蒸馏水作为溶剂，硝酸1小时的水解。摩尔比为H2O：乙醇：TEOS：HNO3=1:3.5:0.35:0.005。熟化24小时前在一个密封的玻璃容器，加入PEG溶液，用量在10110g/ l，混合为均匀的透明的溶液。（b）聚合物的方法：聚乙二醇tercoctylphenyleter（的Triton X-100）作为添加剂（命名为溶胶的Triton（TS）和稀释后的Triton溶胶（DTS）：Triton-掺杂SiO2通过添加的Triton范围从20到100克/升，以相同的聚合制备硅溶胶与PEG添加剂。所用溶剂的影响在物理性能也进行了研究，用乙醇稀释的Triton解决方案，Triton X-100的浓度变化范围为8.8-44克/升。样本组从第一种方法得到的被命名为TS和从稀释得到的那些解决方案被命名为DTS。表1总结了实验条件下的AR涂层通过聚合方法。（c）胶体的制备方法（胶体溶胶（CS）：胶体二氧化硅溶胶制备原硅酸四乙酯（TEOS）,在乙醇中的水解和在气相中缩合催化的氢氧化铵。摩尔比为乙醇TEOS10:1。在一个密封的容器中，将混合物搅拌并老化48小时，然后使用在涂层沉积过程，最终所得溶液是均匀透明的且没有多余的氨。气体基本与氨催化以避免的初始阶段中的析出物的形成，从而导致增加前体溶胶的均匀性。扫描电子显微镜研究的淀积膜表现出相似尺寸的胶体粒子的形成。显微镜载物片与72.2wt的SiO2的组合物的，14.3wt的Na2O，4.3wt的MgO，1.2K2O，31.2wtAl和0.4wt的CaO，作为底物。表面在超声浴之前，用乙醇清洗，干燥后在一个22封闭的腔室内。由浸涂方法涂覆。8、12和16cm/min的戒断率。紧随涂层沉积在两个基板的两侧，将溶剂蒸发，样品烘烤10分钟，温度为500。前体溶液的粘度用布鲁克菲尔德黏度测定计测定：LVT22。 在玻璃板上涂覆的AR涂层，其结果研究了紫外 - 可见（UV-Vis）的光谱。在Perkin-Elmer公司LAMBDA双光束分光光度计配备积分球光度计记录的UV-Vis透射在300-2500nm波长范围内的光谱。计算的有效性的AR膜通过平均在AM1.5太阳光子光谱的透射率数据分布，在300-2500nm的光谱范围内。太阳能集热器在使用中每周用加压水清洗，以去除灰尘颗粒，减少盖板的透光率。因此，AR层必须有足够的的机械性能，以避免损坏，侵蚀和磨损。评价所产生的涂层的机械性能，肖特磁带测试进行检查的层的附着力和一个过滤器的纸张已被用于测试清洁性。表1二氧化硅前体的解决方案和退出率的涂料添加剂内容 的添加剂浓度（克/升） 提拉速度（厘米/分钟）PEG TS DTS PEG TS DTS0 0 0 16 12 16 10 20 9 8 8 830 40 17 12 12 1250 60 26 16 16 1670 80 35 1890 110 43 203.结果与讨论作为一个功能的添加剂含量的溶胶粘度的变化中给出图。 1。溶胶粘度的增加与Triton和PEG的含量进行了观察。PEGS解决方案的粘度从1.99cP更改的含量最低，PEG与3.15cP的TS解决方案的最高量，以及粘度的不同而不同1.78和2.38cP。 DTS解决方案，给出了不同的粘度范围之间1.45和1.66cP。假设其他因素不变，中的差异涂层厚度会出现从粘度和撤出率的差异。层厚度与添加剂含量的变化，在提取率12cm/min,裸露的基材，从挂钩上提拉的薄膜光谱透射率16厘米/分钟的速率。（一）聚合方法和PEG作为添加剂（PEGS）：图3示出的透射率涂布的前体溶液与不同含量的玻璃的光谱PEG在16cm/min。裸露的幻灯片的频谱也绘制（空白试验）。所有的镀膜玻璃的透光率明显高于裸露的基材。 其位置和光谱中的最大的透射率的大小依赖于的光学膜的厚度和折射率，它的折射率仅取决于在二氧化硅上的无效比例，而其他因素影响的膜厚度12。样品低或无添加剂的内容分别示出在480470nm和0.95和0.93峰的透射率。对于聚乙烯添加剂的含量较高，将在最大的增加区域内移向更高的波长。由于添加剂含量的增加，新的最大和最小透光率值出现，位置移位至更高的波长作为聚乙烯比增加。 “总的样品太阳辐射透射率，计算与AM1.5太阳谱，已作图3的聚乙烯的含量为提升率研究（8，12和16cm/min）图4所示：裸玻璃基板具有一综合透光率0.915。无添加剂的二氧化硅涂层产生一个8cm/min的透光率提高2.2。的传输特性的玻璃与聚乙烯添加剂的含量提高，达到了0.952的最高值的裸玻璃就增长了4。从图4中所知同样的趋势为不同的速率被观察得到结果。加入有机粘合剂（如聚乙二醇）的溶胶 - 凝胶二氧化硅一直被松田13和讲道14研究。二氧化硅的孔隙率是较高的，使用PEG是因为与热除去的有机基团的改善，这一事实导致了较低的折射率的二氧化硅涂层具有较高的的孔隙率，低的折射率。因此，AR性能更好将PEG的含量提高且集成的透射率是越来越多且稳定的。然而，涂层的均匀性也受这个因素，并与PEG含量减小有关。用滤纸在PEG二氧化硅层的附着力进行测试，表明该涂层的严重破坏，影响的PEG含量的增加。（二）聚合物的方法和Triton X-100作为添加剂（TS和DTS）：样品准备在不同的提取率：8、12和16cm/min TS和8，12，16，18和，20cm/min DTS（表1）。图5示出的透射光谱稀释的Triton-镀膜玻璃在16cm/min的效果上的Triton，此外AR行为的玻璃是显而易见的。每个解决方案的组合物的研究如图6示出的透射率值与在Triton含量为稀释后的组合物中的前体溶液（DTS）。该溶液的粘度，为每个研究的组合物相比是低的与其他两个系统所获得的研究。由于溶液的粘度低（较低的厚度），撤回率上的AR属性的影响比在非稀释的Triton解决方案具有更高的（TS）或（PEGS）。的透射率稳步增加内容的Triton和的停药率。高浓度的Triton没有研究过，因为不是同质的涂层的厚度是难以控制的。 “最高透射率是0.97，这是相对于裸玻璃6的增量。反对的Triton内容已绘制的透射演化为三退出率：8，12和16cm/min，图7中透光率增加高达0.964的组合物的溶液用40g/ l的添加的Triton。更高前体溶液中的浓度的Triton不改善AR属性的眼镜。提取率几乎没有影响的综合透射率值对每个组合物的溶液中。的Triton X-100通常是使用作为表面活性剂在低浓度和影响最终的膜的孔隙结构15。然而，在本实验中，增加了一个二氧化硅前体或聚合物溶液的表面活性剂为球形胶束打开孔隙度的沉积非常薄的薄膜在衬底上产生一个增加在膜中的添加剂的浓度，并给出了一个介孔结构，造成的玻璃的透射率的增加。与DTS和TS溶胶层具有良好的依从性，但只有与DTS溶胶得到的那些承受的清洗试验用滤纸不可见光光降解。这种效应可以由于解释更高的厚度与TS硅溶胶制备的层。获得类似的光学结果与TS和DTS硅溶胶，但层与DTS溶胶制备具有更好的机械性能和更薄（低级生产成本16）。（三）于8，12和16cm/min和胶体的方法（CS）：该涂层作了光谱示于图 8：最好的AR样品是获得一个在8cm/min与一个集成的透射率是0.97，最高提取率达到0.95，在高pH值水平，碱催化的过程中，作为在胶体法，冷凝是更快和更高度支化的簇比在形成前者的聚合方法。凝胶是由连接的集群和膜而形成的大颗粒。链接不是很强，因此在薄膜很容易拆下的带有粘接带或通过摩擦用滤纸。4.结论二氧化硅的溶胶 - 凝胶薄膜的物理性质的物理和均受溶胶制剂的化学过程，膜的应用程序和在干燥和退火处理。单的多孔二氧化硅层允许的反射大大减少眼镜相比，在所有的情况下，研究裸载玻片，但程度减少和取决于前体的粘附性能是不同的的解决方案。高的太阳能透射率，已获得的三个方法PEG添加剂与氨催化和Triton0.970.95添加剂。的联系不是很强的PEG-掺杂的氧化硅和胶体二氧化硅，因此，机械性能较差：涂层容易脱落用粘合带或通过摩擦用滤纸。然而，在硅薄膜用Triton添加剂制备，孔的大小是非常小的和聚合的方法产生更密切的联系，所以附着力和机械性能都不错到足以允许待清洁的玻璃而不会损坏。5.参考文献1 K.W. 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