一种太阳光波段增透疏水玻璃及其制备方法与流程

本发明属于光学材料的技术领域，涉及一种太阳光波段增透超疏水玻璃及其制备方法。

背景技术：

由于玻璃与空气存在折射率的差异，导致了玻璃表面反射的存在，通常在玻璃表面镀制单层或多层减反射膜来降低玻璃表面的反射率，以提高光的透射率。然而，在玻璃表面镀制的减反膜存在制备工艺复杂，成本高，附着力差，激光阈值低等缺陷，限制了其使用领域。直接在玻璃表面刻蚀出纳米多级孔，也能实现从空气层到玻璃基底的折射率渐变，从而有效抑制玻璃表面的反射率。反应离子束刻蚀和化学腐蚀法是常用的方法。反应离子束法需要特殊的反应设备并需要根据不同的材料加入不同的反应气体，工艺复杂，加工费昂贵。化学法在玻璃表面制备减反射层则成本低，操作简单，受到大家的青睐。在化学法中，如强酸腐蚀法(us2348704)，相分离法(us4086074)，相分离辅助的酸腐蚀法(us4019884)，中性溶液法(us4434191，中国专利201110363911.7)等，其中强酸法因为溶液中有氟离子，对环境存在一定污染，而且腐蚀过程太快，不可控，且溶液在表面产生大的腐蚀坑，增加光的散射。相分离法只能针对存在两种不同相的玻璃，尤其是硼硅酸盐玻璃。cook等人(us4434191)使用的中性溶液中使用nahaso4对人体有害，且刻蚀速度太慢，对于大批量生产来说，时间成本太高。杜颖等人(中国专利201110363911.7)使用的中性溶液腐蚀具有比较好的效果，但是需要利用激光进行预处理，对于大面积使用的盖板玻璃和橱窗玻璃来说，性价比不高。此外，在所有的腐蚀方法中，由于玻璃表面形成了凸凹不平的微结构，使得玻璃表面呈现亲水特性，长时间的耐候性能不佳，且容易粘附污染物，长期不利于太阳光的透过。

技术实现要素：

为了克服现有技术的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种太阳光波段增透(增透是指增强光的透过率)疏水玻璃及其制备方法。本发明利用碱性溶液和近中性溶液的两步腐蚀法，条件温和，无毒无害，操作简单，时间适中，性价比高，是大面积玻璃较为实用的一种方法。制备的玻璃在300-2500nm波段，最高透过率达到99.14％，太阳光透过率提高7.7％，可以显著提高光伏和光热组件的效率。此外，利用腐蚀后形成的表面微结构，喷涂一层透明的低表面能材料，赋予玻璃的疏水性能，减少水汽的附着，不仅提高了玻璃的耐候性，还提高了玻璃的抗污染能力，进一步的保证了光伏和光热组件的效率。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种太阳光波段增透(增透是指增强光的透过率)疏水玻璃的制备方法，包括以下步骤：

(1)将洁净的玻璃放入强碱溶液中，浸泡，用水冲洗，晾干，得到强碱处理的玻璃；

(2)将步骤(1)的强碱处理的玻璃放入磷酸氢盐和金属氯化物的混合溶液中，浸泡，用水冲洗，晾干，得到表面腐蚀的玻璃；所述金属氯化物为alcl3、mgcl2，cacl2或bacl2中一种以上；

(3)在步骤(2)的玻璃表面喷涂一层低表面能材料，得到宽带增透超疏水玻璃。

步骤(1)中所述强碱溶液为naoh溶液或koh溶液中一种以上；步骤(2)中所述磷酸氢盐为na2hpo4、(nh4)2hpo4、k2hpo4中一种以上。

步骤(1)中所述强碱溶液的浓度为0.01-5mol/l；步骤(2)中所述混合溶液中磷酸氢盐的浓度为0.001-1mol/l，金属氯化物的浓度为0.001-1mol/l。

步骤(1)中所述浸泡的温度为60-120℃，浸泡的时间为10-240min。

步骤(2)中所述浸泡的温度为60-120℃；浸泡时间为5-30h。

步骤(3)中所述低表面能材料为氟硅烷、烷基硅烷、氯硅烷中的一种。所述低表面能材料的厚度为0.1-50nm。

所述氟硅烷的结构为其中r11～r14的4个基团中至少有一个基团为氟或氟取代的烷基，其它基团为氢、烷基或烷氧基，其它基团是指r11～r14中不为氟或氟取代的烷基的基团，其它基团相同或不同；氟取代的烷基为1个或多个氟取代的烷基；

所述氟硅烷优选为全氟烷基烷氧基硅烷且全氟烷基中碳数≥6，即r11～r14的中一个基团为多个氟取代的烷基，其它三个基团为烷氧基，多个氟取代的烷基中即cnh2n+1-mfm中碳数n≥6且n为整数，m为整数且m＝2n-3；

所述烷基硅烷的结构为：其中r21～r24的4个基团中至少有一个基团为烷基，其它基团为氢或烷氧基，其它基团是指r21～r24中不为烷基的基团，其它基团相同或不同；

优选地，烷基硅烷中烷基的碳数≥6；

所述氯硅烷的结构为：其中r31～r34的4个基团中至少有一个基团为氯或氯取代的烷基，其它基团为氢、烷基或烷氧基，其它基团是指r31～r34中不为氯或氯取代的烷基的基团，其它基团相同或不同。

优选地，所述氯硅烷中r31～r34的4个基团中至少有一个基团为氯，其它基团为氢、烷基或烷氧基。

步骤(1)中所述玻璃选自钠钙硅酸盐玻璃，硼硅酸盐玻璃，磷酸盐玻璃，铝硅酸盐玻璃中的一种。

所述太阳光波段增透疏水玻璃通过上述方法制备得到。

与现有技术相比，本发明具有如下优点及有益效果：

本发明利用碱性溶液和近中性溶液的两步腐蚀法，条件温和，无毒无害，操作简单，时间适中，性价比高，是大面积玻璃较为实用的一种方法。此外，利用腐蚀后形成的表面微结构，喷涂一层透明的低表面能材料，赋予玻璃的疏水性能，减少水汽的附着，不仅提高了玻璃的耐候性，还提高了玻璃的抗污染能力，进一步的保证了光伏和光热组件的效率。利用玻璃基底上的微结构形成的微结构，相比于常规的构造微纳结构具有更好的粘附性，进一步的提高了其耐候性。同时本发明制备的疏水玻璃光的透过率高，在300-2500nm波段，最高透过率达到99.14％，太阳光透过率提高7.7％。

附图说明

图1为实施例1中两步腐蚀法制备的硼硅酸盐玻璃表面sem图即实施例1制备的太阳光波段增透的疏水玻璃的sem图；

图2为实施例1中两步腐蚀法制备的硼硅酸盐玻璃表面接触角图即实施例1制备的太阳光波段增透的疏水玻璃的表面接触角图；

图3为实施例1中两步腐蚀法制备的硼硅酸盐玻璃透过光谱图即实施例1制备的太阳光波段增透的疏水玻璃的透过光谱图，基片-硼硅酸盐玻璃，刻蚀后-疏水玻璃，摩擦后-将硼硅酸盐玻璃进行摩擦处理后的玻璃。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步具体详细描述，但本发明的实施方式不局限此，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。

实施例1

将硼硅酸盐玻璃用水洗净，放入浓度为1mol/l的naoh溶液中，于80℃反应30min，取出，用蒸馏水反复冲洗(冲洗至不残留naoh溶液)，晾干，放入na2hpo4浓度为0.02mol/l和alcl3为0.01mol/l的混合溶液中，于80℃反应5h，取出，用蒸馏水反复冲洗(冲洗至不残留混合溶液)，晾干，然后喷涂氟硅烷(全氟辛基三甲氧基硅烷)(喷涂的厚度为1nm)，得到太阳光波段增透的疏水玻璃，其表征和性能测试结果如图1、2和3所示。图1为实施例1制备的太阳光波段增透的疏水玻璃的sem图；图2为实施例1制备的太阳光波段增透的疏水玻璃的表面接触角图；图3为实施例1制备的太阳光波段增透的疏水玻璃的透过光谱图，其中基片-硼硅酸盐玻璃，刻蚀后-本实施例的疏水玻璃，摩擦后-将硼硅酸盐玻璃进行摩擦处理后的玻璃。

此处的氟硅烷为1h,1h,2h,2h-全氟辛基三甲氧基硅烷，当用其它氟硅烷(1h,1h,2h,2h-全氟己基三乙氧基硅烷、1h,1h,2h,2h-全氟癸基三乙氧基硅烷、1h,1h,2h,2h-全氟辛基三乙氧基硅烷、1h,1h,2h,2h-全氟十七烷三甲氧基硅烷等等)时具有同等效果。

本实施例制备的疏水玻璃的光透过率为99.14％，太阳光透过率提高7.7％。

实施例2

将钠钙硅酸盐玻璃用水洗净，放入浓度为0.01mol/l的naoh溶液中于60℃反应240min，取出，用蒸馏水反复冲洗(冲洗不残留naoh溶液)，晾干，放入na2hpo4浓度为0.05mol/l和alcl3为0.05mol/l的混合溶液中，于60℃反应8h，取出，用蒸馏水反复冲洗(冲洗至不残留混合溶液)，晾干，然后喷涂氟硅烷(全氟辛基三甲氧基硅烷)(喷涂的厚度为5nm)，得到最高透过率为98％，接触角为118°的太阳光波段增透的疏水玻璃。

实施例3

将铝硅酸盐玻璃用水洗净，放入浓度为5mol/l的naoh溶液中于120℃反应10min，取出，用蒸馏水反复冲洗(冲洗至不残留naoh溶液)，晾干，放入na2hpo4浓度为0.001mol/l和alcl3为0.001mol/l的混合溶液中，于120℃反应10h，取出，用蒸馏水反复冲洗(冲洗至不残留混合溶液)，晾干，然后喷涂氟硅烷(全氟辛基三甲氧基硅烷)(喷涂的厚度为20nm)，得到最高透过率为96％，接触角为110°的太阳光波段增透的疏水玻璃。

实施例4

将磷酸盐玻璃用水洗净，放入浓度为0.5mol/l的koh溶液中，于90℃反应120min，取出，用蒸馏水反复冲洗(冲洗至干净不残留koh溶液)，晾干，放入na2hpo4浓度为0.1mol/l和mgcl2为0.1mol/l的混合溶液中，于80℃反应15h，取出，用蒸馏水反复冲洗(冲洗至不残留混合溶液)，晾干，然后喷涂烷基硅烷(十八烷基硅烷)(喷涂的厚度为0.1nm)，得到最高透过率为98％，接触角为109°的太阳光波段增透的疏水玻璃。

此处的烷基硅烷为十八烷基硅烷，当用其它烷基硅烷时具有同等效果。

实施例5

将硼硅酸盐玻璃用水洗净，放入浓度为0.1mol/l的naoh溶液中，于60℃反应200min，取出，用蒸馏水反复冲洗(冲洗至不残留naoh溶液)，晾干，放入(nh4)2hpo4浓度为0.5mol/l和cacl2为0.5mol/l的混合溶液中，于60℃反应20h，取出，用蒸馏水反复冲洗(冲洗至不残留混合溶液)，晾干，然后喷涂氯硅烷(三甲氧基氯硅烷)(喷涂的厚度为50nm)，得到最高透过率为97％，接触角为100°的太阳光波段增透的疏水玻璃。

此处氯硅烷为三甲氧基氯硅烷，当用其它氯硅烷(如：三乙氧基氯硅烷、甲氧基三氯硅烷、乙氧基三氯硅烷等等)时具有同等效果。

实施例6

将硼硅酸盐玻璃用水洗净，放入浓度为2mol/l的naoh溶液中，于90℃，反应90min，取出，用蒸馏水反复冲洗(冲洗至不残留naoh溶液)，晾干，放入k2hpo4浓度为1mol/l和bacl2为1mol/l的混合溶液中，于60℃反应30h，取出，用蒸馏水反复冲洗(冲洗至不残留混合溶液)，晾干，然后喷涂氟硅烷(全氟辛基三甲氧基硅烷)(喷涂的厚度为5nm)，得到最高透过率为97％，接触角为100°的太阳光波段增透的疏水玻璃。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的修改、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。