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减反增透薄膜由于可以减少界面的光反射,增加光透过,在诸多光学和光电器件相关领域有重要的潜在应用,如太阳能电池板、建筑玻璃、照明系统、光学透镜等材料和器件。将减反增透功能和表面浸润性、防冰、耐湿热、电致变色、热致变色、抗菌、特殊力学等性能结合来制备减反增透薄膜,可以满足诸多实际应用需求。 具有多种性能的减反增透薄膜研究包含很多领域,如自清洁减反增透薄膜,防雾减反增透薄膜,防冰减反增透薄膜,热致/电致变色光学薄膜、抗菌减反增透薄膜,高强度减反增透薄膜等。目前,制备满足不同生产生活需求的高性能减反增透薄膜,是该领域面临的研究挑战。 本论文基于减反增透薄膜所面临的科学问题和应用需求,开展了以下几方面的工作: 1.有机基底表面的高强度防雾减反增透薄膜制备研究 本研究以酸催化二氧化硅溶胶液为前驱体,通过温和温度下(小于100℃)的盐酸蒸汽热处理方法在有机基底上制备了具有可控减反增透和防雾的薄膜。沉积了薄膜的PMMA玻璃最高透光率和平均透光率分别可达100%、99%(400-800nm)。同时,在PMMA表面制备薄膜通过了3H铅笔硬度测试、冲沙测试以及滴水测试。此外,研究通过比较盐酸蒸汽热处理、氨水蒸汽热处理以及空气热处理三种方法,发现盐酸蒸汽后处理方法提供了一种在温和的温度下固化增强薄膜的途径,使得薄膜具有完整均一致密的结构。该方法对固化高分子材料等基底上的薄膜有广泛的应用价值。 2.高强度耐湿热的宽光谱减反增透薄膜制备研究 本研究以酸催化的含疏水基团的二氧化硅复合溶胶液为前驱体,通过室温下浸涂法制备了具有高强度和持久耐湿热性的高性能宽光谱减反增透薄膜。优化的薄膜在K9玻璃上的最大透光率和平均透光率分别可达100%和99.3%(400-800nm)。研究表明合适的孔隙率以及非常平整的表面使得薄膜具有这种优异的减反增透性能。同时,和传统的吸湿性的亲水性介孔二氧化硅薄膜相比,该复合薄膜骨架结构中的疏水基团使得薄膜具有良好的耐湿热性质。此外,该复合薄膜表现出了良好的力学性能,其粘附力为5A级、铅笔硬度为3H,同时还通过了擦洗测试。 3磷酸硅增强的高强度耐湿热减反增透薄膜的制备与研究 本研究以含有磷酸为交联剂前驱体的酸催化的复合二氧化硅溶胶液,制备了具有高强度、耐湿热和热稳定的高性能减反增透薄膜。所制备的阶层孔隙薄膜具有优异的减反增透性能。沉积了薄膜的K9玻璃的最大和平均透光率分别从92.1%和92.0%(400-800 nm)增长到99.7%和98.8%(400-800 nm)。薄膜还具有良好的耐湿热和热稳定性,其原因被归结为薄膜中含有充足的耐高温的甲基基团。此外,研究发现薄膜结构中形成了单分散的磷酸硅中心,使得薄膜具有5H的铅笔硬度以及和基底之间5A级的粘附力。 4蛾眼结构减反增透薄膜的制备与研究 本研究基于复合二氧化硅的溶胶凝胶体系,通过原位自发纳米相分离方法制备了具有蛾眼结构的宽光谱减反增透薄膜。该蛾眼结构薄膜在基底表面具有一层均匀单分散的纳米级凸起阵列,表现出了良好的宽光谱减反增透性质。同时,将蛾眼结构薄膜构筑在纺织物上并疏水化修饰后,纺织品显示出良好的超疏水性质。另外,化学冻结相分离过程以及热力学分析显示薄膜相分离过程发生了失稳(spinodal)分解。本研究提供了一种一步原位制备纳米凸起阵列的方法。