誘導(dǎo)聚集制備納米多孔結(jié)構(gòu)涂膜及涂膜減反射性能的研究.pdf

1、減反射膜可降低入射光線在涂膜基材表面的反射率，已用于提高太陽(yáng)能電池的采光效率、平板顯示器的圖像清晰度以及光傳感器的靈敏度等。納米多孔結(jié)構(gòu)是一種重要的減反射膜結(jié)構(gòu)，因膜孔內(nèi)填充空氣，涂膜的折光指數(shù)顯著降低，因此可獲得均質(zhì)膜無(wú)法達(dá)到的低折光指數(shù)，滿足極低反射對(duì)涂膜低折射率的需求。
　　目前，已開發(fā)了包括刻蝕法、溶膠-凝膠法、選擇性溶劑溶解法等多種納米多孔結(jié)構(gòu)減反射膜的制備方法。雖然這些方法得到的納米多孔涂膜能夠很好降低基材表面的反射率

2、，但分別存在制備工藝復(fù)雜、需要高溫煅燒以及使用有機(jī)溶劑等明顯的不足。如何一步法“綠色”制備減反射性能優(yōu)良的納米多孔涂膜仍具有很大的挑戰(zhàn)性。
　　本論文基于對(duì)水性膠乳旋涂成膜過程的分析，提出了誘導(dǎo)成膜過程中乳膠?？煽鼐奂徊街苽浼{米多孔減反射膜的新方法:在膠乳涂膜液中加入定量電解質(zhì)（聚集誘導(dǎo)劑）;成膜過程中的水份蒸發(fā)使電解質(zhì)濃度增高，誘使乳膠粒發(fā)生聚集，聚集體內(nèi)結(jié)構(gòu)疏松，干燥后，涂膜形成納米多孔結(jié)構(gòu)，由此避免了使用有機(jī)溶劑。論文主

3、要研究?jī)?nèi)容如下:
　　首先，通過測(cè)量交聯(lián)聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)/聚丙烯酸丁酯(PBA)(質(zhì)量比:97/3)混合膠乳的Zeta電位，考察了中性鹽（氯化鈉，NaCl）、酸式鹽（氯化銨，NH4Cl）和堿式鹽（碳酸氫銨，NH4HCO3）三類聚集誘導(dǎo)劑對(duì)陰離子型膠乳分散穩(wěn)定性的影響。研究表明:隨著膠乳中NaCl和NH4Cl濃度的增高，膠乳的Zeta電位絕對(duì)值單調(diào)減小，乳膠分散穩(wěn)定性降低;而添加NH4HCO3后，由于疏水的PMMA/PB

4、A粒子表面對(duì)OH-的吸附作用，使得膠乳Zeta電位絕對(duì)值隨NH4HCO3的濃度呈現(xiàn)“V”字型變化，即:膠乳的穩(wěn)定性先增高，再減小;該特性預(yù)示NH4HCO3可同時(shí)起到穩(wěn)定乳液和誘導(dǎo)成膜過程中粒子聚集形成多孔涂膜的雙重作用。
　　其次，對(duì)比了NaCl、NH4Cl和NH4HCO3為聚集誘導(dǎo)劑時(shí)，所制涂膜的表面形貌以及涂膜的減反射行為。研究表明:三種聚集誘導(dǎo)劑所制涂膜均具有納米多孔結(jié)構(gòu);NaCl晶體在涂膜表面析出，需經(jīng)水洗去除，以消除晶體

5、對(duì)入射光的反射，提升涂膜的減反射性能;而NH4Cl和NH4HCO3均可在涂膜高溫干燥時(shí)分解，一步法便可得到高減反射效率的涂膜，因此相比于NaCl，NH4Cl和NH4HCO3更適宜用作聚集誘導(dǎo)劑;進(jìn)而考慮涂膜液的貯存穩(wěn)定性，論文最終確定以NH4HCO3為聚集誘導(dǎo)劑，制備納米多孔減反射膜，研究表明:
　　1.旋涂的成膜過程中，水份的蒸發(fā)使得涂膜液中粒子濃度增高，粒子間發(fā)生碰撞的頻率增高，當(dāng)粒子發(fā)生不可逆接觸時(shí)，粒子濃度通常為70％左右

6、;加入的NH4HCO3濃度也隨著水份的蒸發(fā)而增大，并引起粒子Zeta電位的改變，在此過程中，當(dāng)Zeta電位絕對(duì)值小于15mV時(shí)，粒子發(fā)生聚集，涂膜具有納米多孔結(jié)構(gòu);
　　2.在1.8×10-2mol/L至0.32mol/L區(qū)間內(nèi)，考察了NH4HCO3濃度對(duì)涂膜厚度、孔隙率以及減反射性能的影響;以減反射性能為判據(jù)，優(yōu)選NH4HCO3濃度為0.27mol/L。此時(shí)，加入的NH4HCO3使得涂膜液的Zeta電位絕對(duì)值增至40mV，分散穩(wěn)

7、定性提高;五天的貯存測(cè)試表明，涂膜液粒徑及所制涂膜的光學(xué)性能基本不變，單層雙層涂膜玻璃的增透率分別為3.6％和7.2％;
　　3.涂膜對(duì)入射光的散射很小，表明涂膜中孔的平均孔徑小于85nm，其中，涂膜的λmax=750nm時(shí)，400nm處入射光的散射損失也僅為0.45％;
　　4.少量PBA（占PMMA質(zhì)量的3.1％）即可顯著提高涂膜的機(jī)械穩(wěn)定性:20次彎折后，膜的增透率僅降低4％，而純PMMA涂膜的增透性能減小31％。