一種納米增透鈉鈣玻璃的製備方法
2023-07-14 04:12:51 1
專利名稱：一種納米增透鈉鈣玻璃的製備方法
技術領域：
本發明屬於玻璃的表面處理領域，具體涉及一種蝕刻的玻璃表面處理方法。
背景技術：
玻璃材料因其良好的透過性能而成為太陽能集熱器和光伏兩大支柱產業中不可或缺的重要材料。目前，光熱、光電自身轉換效率已經幾乎接近理論極限。每提高一個百分點的能量轉化率都要付出巨大的成本，然而這些太陽能利用裝置中表面蓋板玻璃的反射率卻沒有得到有效降低。對於太陽能集熱器來說，其光熱轉換效率的關鍵之一是蓋板玻璃的透過和吸收體的吸收。太陽光透過率提高1%就相當於大面積太陽能集熱器年效率提高2%。 玻璃增透處理對進一步提高太陽能產品的能量轉化效率無疑有現實而積極的作用。針對太陽能行業常用的鈉鈣平板玻璃，比較常見的增透玻璃製備技術包括真空蒸發、磁控濺射、化學氣相沉積以及溶膠-凝膠等物理化學方法。上述方法儘管能夠得到具有一定增透效果的玻璃樣品，但都不同程度存在著設備昂貴、工藝複雜，生產成本較高的問題。化學刻蝕法作為一類新的增透玻璃的製備技術研究取得了一定的成果，具有明顯的增透效果，且化學鍵的作用力有利於提升玻璃樣品的耐候性，但存在著製備過程複雜，多步反應，費時費力，不利於擴大化的生產。例如，CN102674704A公布了一種多孔納米二氧化矽減反射膜的製備方法，其製備步驟包括了拋光、裂紋、造孔等多個步驟，且使用了氫氟酸、氟氫化胺等多種強腐蝕性試劑，工藝較為複雜。
發明內容
針對現有技術存在的不足之處，本發明目的是提出一種納米增透鈉鈣玻璃的製備方法本發明的另一目的是提出所述製備方法得到的玻璃。實現本發明上述目的的技術方案為一種納米增透鈉鈣玻璃的製備方法，包括步驟首先製備二氧化矽過飽和的氟矽酸刻蝕液，之後將清洗後的鈉鈣玻璃置於該刻蝕液中，溫度40 60°C下刻蝕玻璃表面15 60mino其中，所述刻蝕液中氟矽酸含量為l(T40wt%。該刻蝕液可選用質量濃度範圍10 40wt%的工業氟矽酸配製。其中，所述二氧化矽通過向氟矽酸溶液中加入納米二氧化矽、沉澱二氧化矽、矽酸中的一種獲得，優選通過向氟矽酸溶液中加入納米二氧化矽獲得。其中，所述二氧化矽過飽和的溶液是通過在二氧化矽飽和溶液中加入去離子水、硼酸溶液、氫氧化鈉、矽酸鈉中的一種得到。二氧化矽在氟矽酸中的飽和度主要與氟矽酸溶液的濃度、溶液的溫度有關。在溶液溫度不變的情況下，加水或其他溶液，溶液體積增大所導致的一個直接後果就是氟矽酸溶液的濃度的降低。氟矽酸溶液濃度降低以後，相應的二氧化矽在其中的溶解度也會降低，出現少量的二氧化矽沉澱。這樣原來二氧化矽剛好飽和的狀態也變為二氧化矽過飽和狀態。所述製備方法中，二氧化矽在氟矽酸溶液中的飽和與否是利用過氧化氫指示劑來進行指示的。其中，所述二氧化矽過飽和的程度為每升溶液中過量O. Hmmol。恰好飽和溶液無法達到刻蝕的目的，稍微過飽和狀態才可以。其中，所述鈉鈣玻璃置於刻蝕液中，溫度50°C下刻蝕玻璃表面32 40min。其中，所述清洗鈉鈣玻璃的方法為使用選自洗滌劑、丙酮、乙醇、去離子水中一種以上，順序進行清洗。洗滌劑為市售產品，如洗衣粉、洗滌精等。優選地，所述清洗鈉鈣玻璃的方法為用丙酮、乙醇及去離子水順序清洗，每一步清洗用時10 15min。 本發明所述的製備方法製備得到的玻璃。本發明的有益效果在於克服了傳統鍍膜方法工藝複雜、設備昂貴、增透膜附著力不強的缺陷，利用化學刻蝕的方法獲得了均勻分布的二氧化矽骨架結構。通過對化學刻蝕反應溫度、反應時間的調控可以變換玻璃表面幹涉顏色的類型，有利於建築一體化的實現。二氧化矽骨架層與玻璃主體層間更強附著力的化學鍵作用使得該鈉鈣平板納米增透玻璃的耐候性顯著提高。本發明的製備方法為一步反應，成本低廉，操作簡便，工藝條件溫和，增透效果明顯，易於實現工業化生產。
圖1為實施例1所得納米增透鈉鈣玻璃表面放大60，000的掃描電子顯微鏡(SEM)照片。圖2為實施例1所得納米增透鈉鈣玻璃表面放大110,000的掃描電子顯微鏡(SEM)照片。圖3為實施例1中鈉鈣玻璃原片(圖3a)和納米增透處理後(圖3b)的透光率曲線對比圖。
具體實施例方式現以以下最佳實施例來說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。若未特別指明，實施例中所用的技術手段為本領域技術人員所熟知的常規手段。實施例1 :步驟A:首先將鈉鈣平板玻璃樣片進行清洗，清洗採用丙酮-去離子水-乙醇順序清洗的方法。將樣片置於上述三種溶液中，室溫下分別超聲處理lOmin，之後40°C烘箱內乾燥5min後備用。步驟B: 二氧化矽過飽和氟矽酸溶液的配製。工業氟矽酸原液採購於北京市大興區華聯精細化工廠，原液質量濃度經檢測為20wt%，摩爾濃度為1. 8mol/L。取此氟矽酸原液180ml,向此氟矽酸原液中加入1. 7g納米二氧化矽，攪拌24h使之充分溶解。向此混合溶液中滴加4滴30wt%過氧化氫，觀察溶液顏色是否發生變色，溶液顏色由無色變為黃色則表明氟矽酸溶液中二氧化矽已達到飽和。確認二氧化矽已經飽和後，向此二氧化矽飽和溶液加A 20ml去離子水使得混合溶液總體積達到200ml。溶液稀釋後ニ氧化矽由飽和狀態變為過飽和狀態，此時ニ氧化矽過飽和度為每升氟矽酸溶液2mmol。步驟C:將鈉鈣平板玻璃樣片垂直浸入到步驟B配製好的ニ氧化矽過飽和溶液中，水浴加熱，溫度保持在 50°C條件下對玻璃表面進行化學刻蝕。刻蝕時間為35min。反應完成後取出平板玻璃樣片以去離子水進行洗滌，之後在40°C烘箱內乾燥15min得到淡藍色幹涉色鈉鈣平板納米增透玻璃。圖1和圖2為鈉鈣平板玻璃經過ニ氧化矽過飽和氟矽酸化學刻蝕處理所得納米增透玻璃樣品在SEM下放大比例為60k(圖l)、110k(圖2)條件下的表面形貌圖。分析可知，經過刻蝕處理後，鈉鈣平板玻璃表面層中的鈉、鈣相選擇性去除後出現了均勻分布的ニ氧化矽納米骨架結構。該納米骨架結構中二氧化矽的粒徑分布在2(T30nm，孔間隙在l(Tl5nm。此外，ニ氧化矽骨架層的厚度(厚度通過SEM斷面來進行測量)大約在IOOnm左右。單從幹涉方面側面反映，該骨架層結構具有良好的透過深度，利於形成有效的幹渉相消。圖3是鈉鈣平板玻璃原片(圖3a)和納米增透處理後(圖3b)的透光率曲線對比圖。在測量的光譜範圍內對圖3a曲線進行積分，得到玻璃原片的平均透光率為89. 7%0當樣品經過刻蝕後，其在測量的光譜範圍內透光率普遍得到提高，積分得出在測量的光譜範圍內經過刻蝕後的平均透光率為95. 0%，與原玻璃樣品的平均透光率89. 7%相比，提高了 5. 3%。實施例2步驟A:將鈉鈣平板玻璃樣片進行清洗，清洗步驟同實施例1。步驟B:エ業氟矽酸原液質量濃度為20wt%，摩爾濃度為1. 8mol/L。取此氟矽酸原液200ml，向此氟矽酸溶液中加入2. 2g納米ニ氧化矽，攪拌24h使之充分溶解。向此混合溶液中滴加3滴30wt%過氧化氫，觀察溶液顏色是否發生變色，溶液顏色由無色變為黃色則表明氟矽酸溶液中二氧化矽已達到飽和。確認ニ氧化矽已經飽和後，向此ニ氧化矽飽和溶液加入3ml4%的硼酸水溶液以使得溶液中的反應平衡向著生成ニ氧化矽的方向移動，此時ニ氧化矽過飽和度為每升氟矽酸溶液2. 5mmol。步驟C:將鈉鈣平板玻璃樣片垂直浸入到已經配製好的ニ氧化矽過飽和溶液中，水浴加熱，溫度保持在56°C條件下對玻璃表面進行化學刻蝕。刻蝕時間為20min。反應完成後取出平板玻璃樣片以去離子水進行洗滌，之後在50°C烘箱內乾燥IOmin後同樣可以得到淡藍色幹渉色鈉鈣平板納米增透玻璃。SEM、UV-Vis光譜顯示所得玻璃樣品具有明顯的納米增透效果。實施例3步驟A:將鈉鈣平板玻璃樣片進行清洗，清洗步驟同實施例1。步驟B: ニ氧化矽過飽和氟矽酸溶液的配製。エ業氟矽酸原液採購於北京市大興區華聯精細化工廠，原液質量濃度經檢測為30wt%，摩爾濃度為2. 7mol/L。取此氟矽酸原液190ml,向此氟矽酸原液中加入3. Sg沉澱ニ氧化矽，攪拌24h使之充分溶解。向此混合溶液中滴加4滴30wt%過氧化氫，觀察溶液顏色是否發生變色，溶液顏色由無色變為黃色則表明氟矽酸溶液中二氧化矽已達到飽和。確認ニ氧化矽已經飽和後，向此ニ氧化矽飽和溶液加入IOmlO. lmol/L氫氧化鈉溶液使得混合溶液總體積達到200ml。溶液稀釋後ニ氧化矽由飽和狀態變為過飽和狀態，此時ニ氧化矽過飽和度為每升氟矽酸溶液Immol。步驟C:將鈉鈣平板玻璃樣片垂直浸入到已經配製好的ニ氧化矽過飽和溶液中，水浴加熱，溫度保持在56°C條件下對玻璃表面進行化學刻蝕。刻蝕時間為23min。反應完成後取出平板玻璃樣片以去離子水進行洗滌，之後在60°C烘箱內乾燥IOmin後得到淡紫色幹渉色鈉鈣平板納米增透玻璃。SEM、UV-Vis光譜顯示所得玻璃樣品具有明顯的納米增透效果。實施例4:步驟A:將鈉鈣平板玻璃樣片進行清洗，清洗步驟同實施例1。步驟B: ニ氧化矽過飽和氟矽酸溶液的配製步驟同實施例2。步驟C:將鈉鈣平板玻璃樣片垂直浸入到已經配製好的ニ氧化矽過飽和溶液中，水浴加熱，溫度保持在50°C條件下對玻璃表面進行化學刻蝕。刻蝕時間為32min。反應完成後取出平板玻璃樣片品以去離子水進行洗滌，之後在50°C烘箱內乾燥IOmin後得到金黃色幹渉色鈉鈣平板納米增透玻璃。SEM、UV-Vis光譜顯示所得玻璃樣品具有明顯的納米增透效果。實施例5:步驟A:將鈉鈣平板玻璃樣片進行清洗，清洗步驟同實施例1。步驟B: ニ氧化矽過飽和氟矽酸溶液的配製步驟同實施例1。步驟C:將鈉鈣平板玻璃樣片垂直浸入到已經配製好的ニ氧化矽過飽和溶液中，水浴加熱，溫度保持在40°C條件下對玻璃表面進行化學刻蝕。刻蝕時間為40min。反應完成後取出平板玻璃樣片以去離子水進行洗滌，之後在60°C烘箱內乾燥IOmin後同樣可以得到淡藍色幹渉色鈉鈣平板納米增透玻璃。SEM、UV-Vis光譜顯示所得玻璃樣品具有明顯的納米增透效果。以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人 員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和替換，這些改進和替換也應視為本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種納米增透鈉鈣玻璃的製備方法，包括步驟首先製備二氧化矽過飽和的氟矽酸刻蝕液，之後將清洗後的鈉鈣玻璃置於該刻蝕液中，溫度40 60°C下刻蝕玻璃表面15 60mino
2.根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，所述刻蝕液中氟矽酸含量為10 40wt%。
3.根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，所述二氧化矽通過向氟矽酸溶液中加入納米二氧化矽、沉澱二氧化矽、矽酸中的一種獲得。
4.根據權利要求3所述的製備方法，其特徵在於，所述二氧化矽通過向氟矽酸溶液中加入納米二氧化矽獲得。
5.根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，所述二氧化矽過飽和的溶液是通過在二氧化矽飽和的氟矽酸溶液中加入去離子水、硼酸溶液、氫氧化鈉、矽酸鈉中的一種得到。
6.根據權利要求1飛任一所述的製備方法，其特徵在於，所述二氧化矽過飽和的程度為每升溶液中過量O. r3mmoL·
7.根據權利要求f5任一所述的製備方法，其特徵在於，所述鈉鈣玻璃置於刻蝕液中，溫度50°C下刻蝕玻璃表面32 40min。
8.根據權利要求Γ5任一所述的製備方法，其特徵在於，所述清洗鈉鈣玻璃的方法為使用選自洗滌劑、丙酮、乙醇、去離子水中的一種以上，順序進行清洗。
9.根據權利要求8所述的製備方法，其特徵在於，所述清洗鈉鈣玻璃的方法為用丙酮、乙醇及去離子水順序進行清洗，每一步清洗用時l(Tl5min。
10.權利要求Γ9任一所述的製備方法製備得到的玻璃。
全文摘要
本發明屬於玻璃表面處理領域，提出一種納米增透鈉鈣玻璃的製備方法，包括步驟首先製備二氧化矽過飽和的氟矽酸刻蝕液，之後將清洗後的鈉鈣玻璃置於該刻蝕液中，溫度40～60℃下刻蝕玻璃表面15~60min。本發明提出的方法克服了傳統鍍膜方法工藝複雜、設備昂貴、增透膜附著力不強的缺陷,利用化學刻蝕的方法獲得了均勻分布的二氧化矽骨架結構。通過對化學刻蝕反應溫度、反應時間的調控可以變換玻璃表面幹涉顏色的類型，有利於建築一體化的實現。本發明的製備方法為一步反應，成本低廉，操作簡便，工藝條件溫和，增透效果明顯，易於實現工業化生產。
文檔編號C03C15/00GK103011612SQ201210580568
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月27日 優先權日2012年12月27日
發明者張英超 申請人:北京市太陽能研究所集團有限公司