高强、超双疏、减反增透多功能涂层的制备与研究

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随着经济和社会的快速发展,能源的消耗日益增加。传统的石化资源逐渐枯竭,未来几十年内就可能出现能源危机,因此寻找新兴的清洁能源成为了一项紧迫任务。太阳作为地球的能量来源,持续不断的向我们提供着光和热。它发出的能量取之不尽、用之不竭,并且不产生环境污染,绝对清洁。如果能够充分利用太阳能,未来的能源危机将可以被避免。因此,如何高效便捷地获得太阳能成为了研究热点所在。太阳能电池板作为一种可以有效接收并转化太阳能的手段,近年来得到了快速的发展。  太阳能电池板的发展道路被两个关键性的问题所制约,第一点是如何提高太阳能电池板的光电转化效率,第二点是如何降低太阳能电池板的应用成本。针对这两个问题,研究人员进行了坚持不懈的研究工作。研究发现,透明超疏水自清洁涂层可以对解决这两点问题做出积极贡献。而为了使得这种功能涂层适用于实际应用,有四点要求需要被满足。第一是涂层需要有减反增透的性能,以此增加太阳能电池板接收到的入射光,提高它的工作效率;第二是涂层需要有超双疏的性能,用以提高超疏水涂层的耐久性,防止油污污染;第三是涂层需要有良好的机械强度,以防止涂层表面的特殊结构被外力所磨损;第四是涂层的制备工艺需要简化,以节约生产成本。然而这四点要求之间有着互相矛盾之处,难以制备出同时满足这四点要求的超疏水功能涂层。  本论文正是基于以上难点,利用层层自组装法,化学气相沉积法,喷涂法等几种不同的制备方法,设计并制备出性能优异的减反增透超双疏涂层,并逐步提升涂层的综合性能,最终满足了这四点要求。具体研究成果如下:  1.在聚甲基丙烯酸甲酯基底上制备减反增透超亲水涂层  采用静电层层自组装方法,在经过氧等离子体处理的聚甲基丙烯酸甲酯基底上逐层组装二氧化硅实心粒子与聚二丙烯基二甲基氯化铵,构造出了减反增透超亲水的涂层。涂层的最大透光率为99%,远高于空白基底(92%)。同时,涂层具有良好的超亲水自清洁性能,水的接触角可以在0.5 s内达到5°以下。  2.减反增透超双疏涂层的制备  采用静电层层自组装方法,逐层组装二氧化硅实心粒子、二氧化硅空心球和二氧化硅纳米片,构造出了下层是减反增透层,上层是双层粗糙表面层的减反增透超双疏涂层。其水的接触角为171°,二碘甲烷的接触角为157°,乙二醇的接触角为156°,具备超双疏的性能。同时涂层的最大透光率为96.1%,与空白基底(91%)相比提高了5%,在业内其他制备超双疏涂层的工作中处于领先地位。  3.提高减反增透超双疏二氧化硅涂层机械强度的有效方法  利用在氨水催化条件下简易化学气相沉积四乙氧基硅烷(TEOS)的方法提高减反增透超双疏涂层的机械强度。处理后的涂层的水的接触角为172°,乙二醇的接触角为152°。涂层的最大透光率可以达到98.7%。同时涂层可以耐受2H至4H的铅笔划痕测试,并且在40次胶带粘附测试后保留超疏水的性能,具有良好的机械强度及与基底的附着力。  4.提拉、喷涂法制备高强度减反增透超双疏涂层  利用方便快捷的提拉法和喷涂法制备涂层。通过将二氧化硅纳米片与酸性二氧化硅粒子溶胶液混合制备得到了二氧化硅纳米片交联溶液。随后通过提拉法和喷涂法将二氧化硅实心粒子,二氧化硅空心球和二氧化硅纳米片交联溶液分别组装到玻璃基底上。所得到的功能涂层水的接触角为173°,乙二醇的接触角为151°,具有超双疏的特性。涂层的最大透光率为96.3%,远高于玻璃基底的透光率(91%)。与此同时,涂层可以耐受5H铅笔划痕测试,40次胶带粘附测试并且在划X法测试中具有5A级别的粘附力。此外,涂层还可以耐受滴水测试和冲沙测试等环境模拟测试,并且在室外环境中放置5个月后依旧保留超疏水性能。
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