溶膠凝膠法制備SiO2基多功能增透薄膜及其性能研究.pdf

1、在能源危機(jī)和環(huán)境污染日益嚴(yán)重的現(xiàn)代社會(huì)，開(kāi)發(fā)和利用太陽(yáng)能顯得尤為重要。SiO2增透薄膜可以有效地增加采光設(shè)備對(duì)太陽(yáng)光的收集和利用，已被廣泛應(yīng)用到太陽(yáng)能相關(guān)領(lǐng)域中。利用溶膠凝膠法在堿性條件下制備的 SiO2增透薄膜，其多孔結(jié)構(gòu)可以顯著地提高基底的光學(xué)透過(guò)率，卻會(huì)導(dǎo)致薄膜極弱的耐摩擦性能。同時(shí)，薄膜在應(yīng)用過(guò)程中不可避免的會(huì)被大氣環(huán)境中的污染物所沾染，嚴(yán)重影響其長(zhǎng)期高透過(guò)性能。本文針對(duì)以上兩個(gè)方面的問(wèn)題，開(kāi)展了以下四個(gè)方面的工作：
　　

2、1.通過(guò)Mg2+離子摻雜的方式，調(diào)節(jié)了薄膜的多孔結(jié)構(gòu)，有效地降低了薄膜表面的散射和反射，進(jìn)而提高了薄膜在可見(jiàn)光范圍內(nèi)的透過(guò)率。通過(guò)調(diào)節(jié) Mg2+在SiO2薄膜中的摻雜量，可以有效改變薄膜的表面形貌。隨著Mg2+離子摻雜量的逐步增加，薄膜表面孔徑呈現(xiàn)逐步減小和均勻化的趨勢(shì)，這有效地降低了薄膜表面的散射和反射。當(dāng) Mg2+的摻雜濃度為0.04％時(shí)，薄膜表面呈現(xiàn)相對(duì)均勻的多孔(約30nm)，從而有效地降低了薄膜在可見(jiàn)光范圍內(nèi)對(duì)光的散射，此時(shí)薄

3、膜的最高透過(guò)率可達(dá)98.5%。
　　2.通過(guò) Al3+離子摻雜的方式，構(gòu)建了薄膜的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，增加了顆粒之間的結(jié)合力，有效地增強(qiáng)了薄膜整體的耐摩擦性能。Al3+離子的加入顯著增強(qiáng)了薄膜內(nèi)部顆粒之間的結(jié)合力，并逐步改變了薄膜的表面形貌，使顆粒之間有效地形成了三維網(wǎng)絡(luò)交聯(lián)結(jié)構(gòu)。通過(guò)酒精棉球擦拭法和納米劃痕法表征了薄膜的耐摩擦性能。當(dāng)Al3+摻雜量為2%時(shí)，薄膜的最高透過(guò)率為98.5%，而此時(shí)薄膜的臨界結(jié)合力卻由未摻雜薄膜的198μN(yùn)

4、增加到370μN(yùn)。
　　3.通過(guò)將具有光催化性能的TiO2納米顆粒引入到SiO2薄膜中，可以有效降解粘滯在薄膜表面的各種污染物，使薄膜具有一定的光致自清潔性能。通過(guò)調(diào)節(jié)納米TiO2顆粒在SiO2溶膠內(nèi)的含量，得到了同時(shí)具有良好光學(xué)透過(guò)性和光致自清潔性的TiO2-SiO2復(fù)合薄膜。薄膜的透過(guò)率隨著TiO2含量由0%增加到10%時(shí)略有下降，但其光致降解性能卻有顯著提高。通過(guò)對(duì)氣相苯和實(shí)際應(yīng)用污染物(指紋)的降解表征了薄膜的光致自清潔性

5、能。
　　4.利用碳納米管(CNT)作為模板劑，使前期制備的 TiO2-SiO2復(fù)合薄膜形成三維交聯(lián)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，有效地增強(qiáng)了薄膜整體的機(jī)械強(qiáng)度。通過(guò)酸化處理使CNT能長(zhǎng)期均勻分散在制備的TiO2-SiO2復(fù)合溶膠中，并通過(guò)旋轉(zhuǎn)鍍膜法制備了在可見(jiàn)光范圍內(nèi)具有高透過(guò)率的增透膜。CNT模板劑的加入，使TiO2和SiO2顆粒吸附在碳管的表面，在煅燒除去CNT模板劑后，顆粒在一定程度上保留了原碳管的三維網(wǎng)絡(luò)交聯(lián)結(jié)構(gòu)，從而顯著增強(qiáng)了薄膜的機(jī)械