一种太阳光全波段超低反射玻璃的制备方法与流程

本发明涉及一种玻璃表面减反射处理方法，特别涉及一种腐蚀液腐蚀制备太阳光全波段超低反射玻璃的方法，属于清洁能源利用和绿色建材制备技术及应用领域。

背景技术：

随着社会和经济的发展，如何更佳合理的利用能源，减少对环境的损害成为全世界的一个重要研究课题。太阳能由于其具有清洁无污染和分布广泛等特点，可用于太阳能光伏、太阳能光热和太阳能光催化等领域，达到节约能源、绿色环保的目的。无论是在光伏、光电或光催化领域中，绝大部分设备都采用透光性良好的玻璃作为隔离材料起到透光和保护设备内部结构的作用。因此，将玻璃表面的太阳光反射消除，提高全波段太阳光的透过率有助于进一步提升太阳光的利用效率，具有良好的经济效益和社会价值。

减反射玻璃的制备方法有很多，主要有磁控溅射法、溶胶-凝胶浸涂法、真空蒸镀法和酸碱腐蚀法等。相比于酸碱腐蚀法而言，前几种减反射玻璃的制备方法均存在一定的缺陷或不足。磁控溅射法工艺复杂、对环境和设备要求高，因而成本较高，仅适合于制造高端技术产品；溶胶-凝胶浸涂法虽然成本较低，但太阳光透过率相对较低，同时减反射太阳光的波段较窄；真空蒸镀法工成本较高，在强光照射或室外风吹雨淋等苛刻条件下不耐腐蚀且防划伤性能差。因此采用酸碱腐蚀法制备减反射玻璃是玻璃表面处理领域的一个研究热点。相关科研人员采用碱腐蚀法可以得到在光伏范围透过率达到99％的光伏玻璃(liqiangliu,broadbandandomnidirectional,nearlyzeroreflectivephotovoltaicglass，adv.mater.2012,24,6318–6322.)。

目前为止，虽然有很多优良的减反射玻璃的制备方法，但是这些方法仅起到了玻璃在可见光范围或可见光+近红外范围(400～1200nm)的减反射。对于太阳光来讲，其辐射在300～2500nm的全波段内均有较强的能量分布，特别是在红外波段的能量，近年来一直是太阳能利用的重要研究课题。因此，得到一种太阳光全波段超低反射玻璃的制备方法具有重要意义。

技术实现要素：

针对现有减反射玻璃表面处理技术在制备太阳光全波段超低反射玻璃方面存在的不足，本发明提供了一种太阳光全波段超低反射玻璃的制备方法。本发明是将玻璃基体先经过hf溶液预处理，然后浸泡在特制的腐蚀液(磷酸盐、碳酸盐和硅酸盐的混合液)中，最后再用hf溶液腐蚀进行结构优化，通过控制腐蚀温度和腐蚀时间，以实现太阳光全波段超低反射玻璃的制备。所得太阳光全波段超低反射玻璃可以有效将全波段太阳光(300nm-2500nm)的反射率降至1％以下，提高光的透过率。该制备方法反应条件可控，设备要求简单，易于实现批量生产，有利于环境保护。

本发明的技术方案是：一种太阳光全波段超低反射玻璃的制备方法，其特征是，包括如下步骤：

(1)将用去离子水清洗干净的玻璃基体首先放入浓度为0.0001～10wt％的hf腐蚀槽内，并于20～80℃的温度条件下放置0.1～24h；

(2)将磷酸盐、碳酸盐和硅酸盐按摩尔百分比1～98％：1～98％：1～98％的比例混合，形成混合物；加水使混合物溶解，形成浓度为0.0001～10wt％的特制腐蚀液；

(3)将hf腐蚀处理后的玻璃基体用去离子水清洗干净，放入特制腐蚀液内，并于20～80℃的温度条件下放置0.1～48h；

(4)将腐蚀液腐蚀的玻璃基体用去离子水清洗干净，放入浓度为0.0001～10wt％的hf腐蚀槽内，并于20～80℃的温度条件下放置0.1～48h；

(5)将hf腐蚀处理后的玻璃基体用去离子水清洗干净，干燥处理，得到全波段减反射玻璃。

上述步骤(1)中的玻璃基体为采用压延法或浮法生产的光伏、光热、建筑或装饰用na2o-cao-sio2体系玻璃。

上述步骤(1)中为了达到腐蚀温度，可以是将腐蚀槽整体放入烘箱，也可以是在腐蚀槽内放入升温装置，对hf溶液进行加热升温。

上述步骤(2)中的磷酸盐可以是na2hpo4，nah2po4，k2hpo4，kh2po4，na3po4和k3po4中的一种或多种。

上述步骤(2)中的碳酸盐可以是na2co3，nahco3，k2co3和khco3中的一种或多种。

上述步骤(2)中的硅酸盐可以是na2sio3·9h2o，na2sio3和k2sio3中的一种或多种。

上述步骤(3)中为了达到腐蚀温度，可以是将腐蚀槽整体放入烘箱，也可以是在腐蚀槽内放入升温装置，对腐蚀液进行加热升温。

上述步骤(4)中为了达到腐蚀温度，可以是将腐蚀槽整体放入烘箱，也可以是在腐蚀槽内放入升温装置，对hf溶液进行加热升温。

上述步骤(5)中干燥处理方式为在干燥器中干燥、阴凉通风干燥或常温100～1000pa的抽真空减压干燥，干燥至表面无悬挂水滴。

优选的，本发明具体包括以下步骤：

(1)将玻璃基体表面用去离子水清洗干净，放入浓度为0.01～0.1wt％的hf溶液中，于30～50℃的温度条件下放置0.5～2h；

(2)将na2hpo4、na2co3和na2sio3·9h2o按摩尔百分比35～45％：35～45％：15～25％的比例混合，形成混合物；然后加水使混合物溶解，形成浓度为0.01～0.1wt％的特制腐蚀液；

(3)将hf溶液腐蚀处理后的玻璃基体用去离子水清洗干净，放入特制腐蚀液内，并于50～70℃的温度条件下放置12～48h；

(4)将腐蚀液腐蚀的玻璃基体用去离子水清洗干净，放入浓度为0.05～0.5wt％的hf腐蚀槽内，并于40～60℃的温度条件下放置2～12h；

(5)将hf腐蚀处理后的玻璃基体用去离子水清洗干净，干燥处理，得到太阳光全波段超低反射玻璃。

上述制备方法制备的超低反射玻璃要求在300nm～2500nm全波段的反射率小于1％，其性能如图1-3所示。

本发明的原理是：利用腐蚀技术，改变玻璃基体表面的微观结构。首先，利用hf腐蚀对玻璃表面进行清洗和预处理；然后利用特制的腐蚀液进行腐蚀，构建折射率逐渐变化的太阳光全波段超低反射膜层；再利用hf溶液对超低反射膜层的结构进行优化，进而制备得到太阳光全波段超低反射玻璃。

本发明具有如下优点：

1、反应条件方便可控，需要的设备比较简单，易于实现低成本大批量生产。

2、环境污染少，制备过程全程绿色环保。

3、制备的太阳光全波段超低反射玻璃，可实现在300nm～2500nm全波段太阳光的超低反射。

附图说明

图1是本发明制备的太阳光全波段超低反射玻璃与普通玻璃的对比照片；其中a图为普通玻璃，b图为太阳光全波段超低反射玻璃。

图2是本发明制备的太阳光全波段超低反射玻璃横截面的扫描电镜图片；

图3是本发明制备的太阳光全波段超低反射玻璃与普通玻璃的全波段反射率测试曲线。

具体实施方式

实施例1

(1)将玻璃基体表面用去离子水清洗干净，放入浓度为0.01wt％的hf溶液中，于30℃的温度条件下放置1h；

(2)将na2hpo4、na2co3和na2sio3·9h2o按摩尔百分比40％：40％：20％的比例混合，形成混合物。加水使混合物溶解，形成浓度为0.1wt％的特制腐蚀液。

(3)将hf溶液腐蚀处理后的玻璃基体用去离子水清洗干净，放入特制腐蚀液内，并于50℃的温度条件下放置24h；

(4)将腐蚀液腐蚀的玻璃基体用去离子水清洗干净，放入浓度为0.1wt％的hf腐蚀槽内，并于50℃的温度条件下放置6h；

(5)将hf腐蚀处理后的玻璃基体用去离子水清洗干净，干燥处理，得到太阳光全波段超低反射玻璃。

本实施例制备的太阳光全波段超低反射玻璃与普通玻璃的对比照片如图1所示。从图1可以看到全波段减反射玻璃的反射率明显较小，而普通玻璃的反射率较大。

本实施例制备的太阳光全波段超低反射玻璃的扫描电镜图片如图2所示。从图中可以看到采用上述的腐蚀方法可以在玻璃表面得到一层厚度均匀的超低反射膜层结构。

本实施例制备的太阳光全波段超低反射玻璃与普通玻璃在全波段的反射率测试曲线如图3所示。从曲线上可以看出，超低反射玻璃在全波段的反射率小于1％，而普通玻璃的反射率在4％-5％之间。从图3还可以看出：太阳光全波段超低反射玻璃的反射率在300nm～400nm波段范围内的反射率≤1％，其在400nm～2200nm波段范围内反射率≤0.5％，在2200～2500nm波段范围内反射率≤1％。

综上，本发明制备的太阳光全波段超低反射玻璃可以有效减小太阳光在全波段范围内的反射率，提高太阳能的利用效率，且工艺方法简单，方便实用。

实施例2

如实施例1所述，不同之处在于：步骤(1)中hf溶液浓度为0.0001wt％。

实施例3

如实施例1所述，不同之处在于：步骤(1)中hf溶液浓度为10wt％。

实施例4

如实施例1所述，不同之处在于：步骤(1)中腐蚀温度为20℃。

实施例5

如实施例1所述，不同之处在于：步骤(1)中腐蚀温度为80℃。

实施例6

如实施例1所述，不同之处在于：步骤(1)中腐蚀时间为0.1h。

实施例7

如实施例1所述，不同之处在于：步骤(1)中腐蚀时间为24h。

实施例8

如实施例1所述，不同之处在于：na2hpo4、na2co3和na2sio3·9h2o的摩尔百分比为98％：1％：1％。

实施例9

如实施例1所述，不同之处在于：na2hpo4、na2co3和na2sio3·9h2o的摩尔百分比为1％：98％：1％。

实施例10

如实施例1所述，不同之处在于：na2hpo4、na2co3和na2sio3·9h2o的摩尔百分比为1％：1％：98％。

实施例11

如实施例1所述，不同之处在于：步骤(2)中磷酸盐为k2hpo4。

实施例12

如实施例1所述，不同之处在于：步骤(2)中磷酸盐为na2hpo4与k2hpo4的混合物。

实施例13

如实施例1所述，不同之处在于：步骤(2)中碳酸盐为nahco3。

实施例14

如实施例1所述，不同之处在于：步骤(2)中磷酸盐为na2co3与k2co3的混合物。

实施例15

如实施例1所述，不同之处在于：步骤(2)中硅酸盐为na2sio3。

实施例16

如实施例1所述，不同之处在于：步骤(2)中硅酸盐为和na2sio3·9h2o和k2sio3的混合物。

实施例17

如实施例1所述，不同之处在于：步骤(3)中腐蚀温度为20℃。

实施例18

如实施例1所述，不同之处在于：步骤(3)中腐蚀温度为80℃。

实施例19

如实施例1所述，不同之处在于：步骤(3)中腐蚀时间为0.5h。

实施例20

如实施例1所述，不同之处在于：步骤(3)中腐蚀时间为48h。

实施例21

如实施例1所述，不同之处在于：步骤(4)中hf溶液浓度为0.0001wt％。

实施例22

如实施例1所述，不同之处在于：步骤(4)中hf溶液浓度为10wt％。

实施例23

如实施例1所述，不同之处在于：步骤(4)中腐蚀温度为20℃。

实施例24

如实施例1所述，不同之处在于：步骤(4)中腐蚀温度为80℃。

实施例25

如实施例1所述，不同之处在于：步骤(4)中腐蚀时间为0.1h。

实施例26

如实施例1所述，不同之处在于：步骤(4)中腐蚀时间为48h。

实施例27

如实施例1所述，不同之处在于：步骤(5)中玻璃产品置于阴凉通风处进行干燥。

实施例28

如实施例1所述，不同之处在于：步骤(5)中玻璃产品置于真空干燥箱中，100pa常温减压干燥。

实施例29

如实施例1所述，不同之处在于：步骤(5)中玻璃产品置于真空干燥箱中，1000pa常温减压干燥。