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溶胶—凝胶法制备疏水SiO_2薄膜

王永  
【摘要】:超疏水薄膜因其具有良好的自清洁等功能已经被广泛应用于生产和生活中,尤其在太阳能领域。但是原料成本、制备方法等诸多因素限制了超疏水薄膜的开发与使用,此外薄膜还存在高透过率与超疏水无法同时兼得的问题。本文以正硅酸四乙酯(TEOS)和三甲基乙氧基硅烷(TMES)为前驱体,通过酸性催化化学改性法、碱性催化化学改性法和溶胶混合法制备了多种SiO_2溶胶,再以高纯石英玻璃为衬底,利用浸渍提拉技术制备了多种SiO_2薄膜,最后对多种SiO_2薄膜的结构与性能进行了研究,并得到如下结论:(1)通过研究TMES添加量对酸性催化SiO_2薄膜结构与性能的影响,发现随着TMES添加量的增加,SiO_2中疏水基团Si-(CH_3)_3的特征峰强度增强而亲水基团Si-OH的特征峰强度减弱,薄膜表面粗糙度无明显规律变化且粗糙度值极低,薄膜的平均接触角从70.62°逐渐增加到101.53°且增速逐渐放缓,薄膜的平均透过率与衬底的平均透过率基本相当。(2)通过研究TMES添加量对碱性催化SiO_2薄膜结构与性能的影响,发现氨水和水的加入促进了SiO_2粒径的增长,但升高反应温度则抑制SiO_2粒径的增长。随着TMES添加量的增加,薄膜的微观结构无明显变化但SiO_2粒径略有减小,薄膜表面粗糙度无明显规律性变化且粗糙度值较低,薄膜平均接触角从19.08°增加到127.37°且增速逐渐放缓,薄膜的平均透过率在380-1100 nm范围内由94.86%降低至94.14%,再提升至94.63%。(3)通过研究溶胶混合比对SiO_2薄膜结构与性能的影响,发现溶胶混合后,薄膜的表面粗糙度、接触角和透过率均得到较大提升。粒径为25 nm和50 nm的溶胶按照体积比25%:75%混合时得到的SiO_2薄膜的性能较好,该薄膜表面粗糙度Rq达到最大值11.2 nm,其平均接触角达到最大值129.47°,其平均透过率在380-1100 nm范围内达到96.99%。(4)通过研究TMES添加量对溶胶混合比为25%:75%时的SiO_2薄膜的结构与性能的影响,发现随着TMES添加量的增多,SiO_2薄膜的孔隙率和裂纹数量增多,其表面粗糙度和平均接触角逐渐提升,但其平均透过率逐渐降低。最终得到了在380-1100 nm范围内平均透过率达到94.84%、平均接触角达到158.47°的超疏水SiO_2薄膜。


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