二氧化硅气凝胶功能薄膜的制备及其光学性能研究
溶胶凝胶法制备的二氧化硅气凝胶薄膜不仅折射率小、介电质常数低、热稳定性好，而且具有结构可控、光学性能好、操作简便等优点，可用于减反膜、太阳能电池、建筑玻璃、显示面板、传感器以及集成电路和超声探测器等诸多领域而广受关注。本论文采用有机硅源作为前驱体，在醇溶剂中通过溶胶凝胶法制备二氧化硅溶胶，通过浸渍提拉法分别制备了二氧化硅气凝胶荧光薄膜与减反膜两种功能薄膜。主要研究内容如下: 1.采用正硅酸四乙酯(TEOS)作为硅源，乙醇(EtOH)为溶剂，草酸(H2C2O4)为酸催化剂，氨水(NH3·H2O)为碱催化剂，使用酸碱两步催化法制备二氧化硅气凝胶薄膜，TEOS、H2O、EtOH、H2C2O4、NH3·H2O最终摩尔比为1∶7∶4∶0.001∶0.003。所制备的二氧化硅薄膜为无定型材料，是由二氧化硅网络构成。通过比较浸渍提拉法和旋转涂覆法制备的二氧化硅气凝胶薄膜发现，浸渍提拉法制备的二氧化硅气凝胶颗粒粒径分布窄，颗粒粒径在17 nm～37 nm之间，呈现出两端分布少，中值分布多的态势，粒径集中分布在25 nm～31 nm，薄膜表面更为平整均一，粗糙度均方根为276.690 pm，平均偏差为224.801 pm，极差为0.868 nm。使用1000μm/s的提拉速度，制备的薄膜最大透过率达到97.4％，透过率良好。 2.采用TEOS作为硅源，EtOH为溶剂，H2C2O4为酸催化剂，NH3·H2O为碱催化剂，通过掺杂罗丹明6G(Rh6G)、罗丹明B(RhB)，使用浸渍提拉法制备二氧化硅气凝胶荧光薄膜，TEOS、H2O、EtOH、H2C2O4、NH3·H2O最终摩尔比为1∶7∶4∶0.001∶0.003。通过掺杂Rh6G、RhB制备的二氧化硅气凝胶荧光薄膜，表面平整均一，染料分子填充包埋在二氧化硅孔洞中，掺杂RhB的荧光薄膜粗糙度均方根、平均偏差、极差均小于掺杂Rh6G的荧光薄膜，比表面积为515.81 m2·g-1，孔径集中分布在16.06 nm处，孔容集中分布在0.019 cm3·g-1，也都小于掺杂Rh6G薄膜，与二氧化硅基质结合更好。掺杂Rh6G、RhB的二氧化硅气凝胶荧光薄膜在紫外可见光区均有较好的荧光响应，染料分子通过静电氢键等作用吸附在二氧化硅孔洞中，染料的荧光光谱发生蓝移。掺杂到二氧化硅气凝胶中含量增大，染料荧光寿命增长。荧光薄膜被激发时，二氧化硅气凝胶能传递能量，比水溶液中荧光强度大。 3.采用有机硅源浸渍提拉制备二氧化硅气凝胶减反膜过程中，添加DCCA能有效抑制颗粒生长，使颗粒变小，堆积更为紧密，膜层变薄;还能控制干燥速率，使溶剂脱除更为缓慢，减小孔洞开裂坍塌的可能性，使凝胶网络孔洞更小、有序性更高。使用FORM作为DCCA时，制得的二氧化硅气凝胶薄膜性能优异，比表面积为890.9 m2·g-1，孔径集中分布在22.6 nm处，孔容集中分布在0.69 cm3·g-1，平均透过率可达95.71％，较基片提高5.57％，具有良好的隔热减反性能，且膜层致密、均匀、平整，是理想的隔热减反光学薄膜。
二氧化硅气凝胶荧光薄膜;二氧化硅气凝胶减反膜;浸渍提拉法;旋转涂覆法;光学性能
江苏大学
硕士
无机化学
谢吉民
2015
中文
TB383
73
2015-10-12（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）