一种硅基杂化材料涂层的制备方法及其应用与流程

本发明属于有机无机纳米杂化复合材料领域，尤其涉及一种硅基杂化材料涂层的制备方法及其应用。

背景技术：

不必要的光反射会造成诸如光学玻璃、液晶显示器及相机镜头产生“鬼影”、杂散光现象，以及太阳能电池与光伏器件光能转化效率低等问题。城市建设中，光学玻璃被用来作为建筑幕墙使用，但是由于光反射的存在，造成了光污染，给人们生活带来了困扰不便。不仅如此，玻璃幕墙的清理耗时且耗费人力物力。同样，手机、相机及液晶显示设备屏幕往往会出现炫光、杂散光等现象，使得人们的视觉体验大打折扣。另外一个重要方向，太阳能电池发电作为一种清洁能源得到了各国政府的大力支持。太阳能利用系统中重要的单元组成部分是太阳能玻璃盖板，太阳能玻璃盖板在复杂的外界环境中容易引起各种问题，如灰尘污染，玻璃表面易雾化等等。

褶皱是一种广泛存在的自然现象，从山川地貌到动植物的皮肤无处不在。褶皱很早就已被人类所认识，但研究工作一直集中在负面效应方面，如褶皱的出现预示着工部件的疲劳和断裂。近年来，人们已经意识到褶皱在柔性电子学、表面光学元件、表面吸波或反射结构等方面有着巨大的潜在用途。例如不同尺度薄膜表面的褶皱作用不同。宏观尺度薄膜表面的褶皱多发挥负作用，如高精度的大型空间薄膜结构表面的褶皱，将直接影响其形面精度、载荷传递及结构的动态力学特性。相反，微纳米薄膜表面的褶皱多发挥正作用，如聚酯薄膜制成的柔性太阳能电池，其表面的微观褶皱可以增加电池的发电量，显著提高太阳能电池的输出功率；石墨烯表面的微观褶皱，可改变材料的导电率，影响材料的透光性和散射率。

生成褶皱的方法主要有两种，膨胀法和外力法，膨胀法包括热诱导和溶剂诱导，外力法包括拉伸和压缩。一般情况，在软基底硬膜的系统中，硬膜的选择余地比较大，很多无机膜、聚合物膜、金属等都可以作为其材料。制备软基底硬膜系统的工艺从机理上可以分为物理方法和化学方法，常采用真空蒸发和溅射沉积的方法制备金银铜等类似金属材料和氧化物硬膜。但是对于一些高聚物来说，表面改性的方法是较为常见的。其他情况，类似粘性薄膜，可以根据需要结合物理方法和化学方法。但是，高效地规模化制备褶皱图案化材料表面的方法仍然亟需进一步发展。紫外光固化是一种高效实用的技术手段。另外，倍半硅氧烷作为一种有机硅功能化合物，具有良好的耐热稳定性、机械强度及相容性，其化学结构可根据需要进行分子设计与合成。

因此，研发出一种硅基杂化材料涂层的制备方法及其应用，利用微观褶皱可以调谐微纳米柔性薄膜器件的性能，并最终可能应用于建筑用光学环保玻璃、液晶显示器、太阳能电池及各类光电设备的抗反射、抗雾及自清洁功能材料，应用前景广阔。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种硅基杂化材料涂层的制备方法及其应用，利用微观褶皱可以调谐微纳米柔性薄膜器件的性能，并最终可能应用于建筑用光学环保玻璃、液晶显示器、太阳能电池及各类光电设备的抗反射、抗雾及自清洁功能材料。

本发明提供了一种硅基杂化材料涂层的制备方法，所述制备方法为：

步骤一、苯基三甲氧基硅烷和甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷混合，溶于溶剂中，搅拌得第一产物；

步骤二、所述第一产物与苯氧基乙基丙烯酸酯和光引发剂混合，得第二产物；

步骤三、所述第二产物铺在基底，固化得产品。

优选地，以摩尔份计，所述苯基三甲氧基硅烷和甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷的投料比(1-9):(9～1)。

优选地，所述溶剂选自：四氢呋喃、二氯甲烷和三氯甲烷中的一种或多种。

优选地，所述步骤一在氮气保护的条件下进行，步骤一所述的搅拌温度为室温，步骤一所述搅拌的时间为12～72h。

优选地，所述步骤一还需添加的碳酸钾和水。

优选地，以摩尔份计，所述第一产物、苯氧基乙基丙烯酸酯和光引发剂的投料比为(1～5):(98～94):1。

优选地，所述光引发剂选自：二苯甲酮、安息香双甲醚及Irgacure-184中的一种或多种。

优选地，所述基底为玻璃片基底，所述固化的方法为紫外光固化。

优选地，所述紫外光固化的紫外光波长为200～400nm，所述紫外光固化的时间为40～180s。

本发明还提供了一种包括以上任意一项所述制备方法得到的产品在光学涂层领域的应用。

综上所述，本发明提供了一种硅基杂化材料涂层的制备方法，所述制备方法为：步骤一、苯基三甲氧基硅烷和甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷混合，溶于溶剂中，搅拌得第一产物；步骤二、所述第一产物与苯氧基乙基丙烯酸酯和光引发剂混合，得第二产物；步骤三、所述第二产物铺在基底，固化得产品。本发明还提供了一种上述制备方法得到的产品在光学涂层领域的应用。经实验测定可得，本发明制得的产品，表面形成了尺寸均一的褶皱，利用微观褶皱可以调谐微纳米柔性薄膜器件的性能，并最终可能应用于建筑用光学环保玻璃、液晶显示器、太阳能电池及各类光电设备的抗反射、抗雾及自清洁功能材料。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种硅基杂化材料涂层的制备方法的制备原理示意图；

图2为实施例3所制备样品光学反射率及透过率测试结果。

具体实施方式

本发明提供了一种硅基杂化材料涂层的制备方法及其应用，利用微观褶皱可以调谐微纳米柔性薄膜器件的性能，并最终可能应用于建筑用光学环保玻璃、液晶显示器、太阳能电池及各类光电设备的抗反射、抗雾及自清洁功能材料。

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了更详细说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种硅基杂化材料涂层的制备方法及其应用，进行具体地描述。

实施例1

本实施例为利用上述制备方法制备产品1的具体实施例。

称取0.24mol苯基三甲氧基硅烷、0.16mol甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷和0.2g碳酸钾混合，向混合体系加入2ml蒸馏水，溶于40ml溶剂四氢呋喃中，室温条件下搅拌24h，得第一产物1。本步骤中，搅拌在氮气保护的条件下进行。

按照3:96:1质量比，称取0.3g第一产物1、9.6g苯氧基乙基丙烯酸酯和0.1g光引发剂混合，得第二产物1。本步骤中，光引发剂为Irgacure-184。

第二产物1铺在玻璃基底上，用波长为365nm的紫外光固化80s，得产品1。

用电子显微镜观察产品1的表面结构，可观察到产品1形成了褶皱团花表面，所得褶皱的尺寸较为均一。经扫描电子显微镜观察及尺寸分析测量可得，产品1褶皱的尺寸统计平均数据为31±1nm。

实施例2

本实施例为利用上述制备方法制备产品2的具体实施例。

称取0.16mol苯基三甲氧基硅烷、0.24mol甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷和0.2g碳酸钾混合，向混合体系加入2ml蒸馏水，溶于40ml溶剂四氢呋喃中，室温条件下搅拌24h，得第一产物2。本步骤中，搅拌在氮气保护的条件下进行。

按照2:97:1质量比，称取0.2g第一产物2、9.7g苯氧基乙基丙烯酸酯和0.1g光引发剂混合，得第二产物2。本步骤中，光引发剂为Irgacure-184。

第二产物1铺在玻璃基底上，用波长为365nm的紫外光固化80s，得产品1。

用电子显微镜观察产品2的表面结构，可观察到产品2形成了褶皱团花表面，所得褶皱的尺寸较为均一。经扫描电子显微镜观察及尺寸分析测量可得，产品2褶皱的尺寸统计平均数据为24±1nm。

实施例3

本实施例为利用上述制备方法制备产品3的具体实施例。

称取0.24mol苯基三甲氧基硅烷、0.16mol甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷和0.2g碳酸钾混合，向混合体系加入2ml蒸馏水，溶于40ml溶剂四氢呋喃中，室温条件下搅拌24h，得第一产物3。本步骤中，搅拌在氮气保护的条件下进行。

按照1:98:1质量比，称取0.1g第一产物3、9.8g苯氧基乙基丙烯酸酯和0.1g光引发剂混合，得第二产物3。本步骤中，光引发剂为Irgacure-184。

第二产物3铺在玻璃基底上，用波长为365nm的紫外光固化80s，得产品3。

用电子显微镜观察产品3的表面结构，可观察到产品3形成了褶皱团花表面，所得褶皱的尺寸较为均一。经扫描电子显微镜观察及尺寸分析测量可得，产品1褶皱的尺寸统计平均数据为28±1nm。

图2反射率及透光率测试结果表明，该产品可将玻璃基板的透光率由92％提至98％，反射率由8％降至3％，具有优异的抗反射增透性能，能够在光学建筑玻璃以及太阳能电池领域得到应用。

实施例4

本实施例为利用上述制备方法制备产品4的具体实施例。

称取0.36mol苯基三甲氧基硅烷、0.04mol甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷和0.2g碳酸钾混合，向混合体系加入2ml蒸馏水，溶于40ml溶剂四氢呋喃中，室温条件下搅拌24h，得第一产物4。本步骤中，搅拌在氮气保护的条件下进行。

按照5:94:1质量比，称取0.5g第一产物4、9.4g苯氧基乙基丙烯酸酯和0.1g光引发剂混合，得第二产物4。本步骤中，光引发剂为Irgacure-184。

第二产物1铺在玻璃基底上，用波长为365nm的紫外光固化80s，得产品4。

实施例5

本实施例为利用上述制备方法制备产品4的具体实施例。

称取0.32mol苯基三甲氧基硅烷、0.08mol甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷和0.2g碳酸钾混合，向混合体系加入2ml蒸馏水，溶于40ml溶剂四氢呋喃中，室温条件下搅拌24h，得第一产物5。本步骤中，搅拌在氮气保护的条件下进行。

按照4:95:1质量比，称取0.4g第一产物5、9.5g苯氧基乙基丙烯酸酯和0.1g光引发剂混合，得第二产物5。本步骤中，光引发剂为Irgacure-184。

第二产物1铺在玻璃基底上，用波长为365nm的紫外光固化80s，得产品5。

综上所述，本发明提供了一种硅基杂化材料涂层的制备方法，所述制备方法为：步骤一、苯基三甲氧基硅烷和甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷混合，溶于溶剂中，搅拌得第一产物；步骤二、所述第一产物与苯氧基乙基丙烯酸酯和光引发剂混合，得第二产物；步骤三、所述第二产物铺在基底，固化得产品。本发明还提供了一种上述制备方法得到的产品在光学涂层领域的应用。经实验测定可得，本发明制得的产品，表面形成了尺寸均一的褶皱，利用微观褶皱可以调谐微纳米柔性薄膜器件的性能，并最终可能应用于建筑用光学环保玻璃、液晶显示器、太阳能电池及各类光电设备的抗反射、抗雾及自清洁功能材料。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。