菲涅爾透鏡表面的減反增透涂層及其制備方法
【專利摘要】本發明屬于納米材料制備【技術領域】，特別涉及菲涅爾透鏡表面的減反增透涂層和菲涅爾透鏡表面的超親水自清潔的減反增透涂層，以及它們的制備方法。本發明將含有粒徑大約為10～100nm的實心SiO2球形納米粒子的乙醇懸浮液旋涂在經氧等離子體處理得到的菲涅爾透鏡的紋面和光面，沉積后得到減反增透涂層。將含有粒徑為30～100nm的介孔SiO2球形納米粒子的乙醇懸浮液旋涂在帶有所述的減反增透涂層的菲涅爾透鏡的紋面和光面，沉積后得到超親水自清潔的減反增透涂層。帶有減反增透涂層的菲涅爾透鏡的透光率能從94.3%提高到99.8%。帶有超親水自清潔的減反增透涂層的菲涅爾透鏡的透光率能從94.3%提高到98.5%。
【專利說明】菲涅爾透鏡表面的減反增透涂層及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于納米材料制備【技術領域】，特別涉及菲涅爾透鏡表面的減反增透涂層及其制備方法，以及涉及菲涅爾透鏡表面的超親水自清潔的減反增透涂層及其制備方法。
【背景技術】
[0002]透鏡在光學器件上有廣泛的應用，但當透鏡的尺寸很大時，傳統的球面透鏡的體積和重量都會很大，對球面透鏡的球差和色差的影響也會十分嚴重。菲涅爾透鏡的出現為克服上述問題帶來了希望，與傳統的球面透鏡相比，菲涅爾透鏡由于是很薄的平面薄片，其體積和重量都很小，而且可以校正大部分球差和色差，所以在很多場合可以代替球面透鏡使用。
[0003]自清潔和減反增透納米結構的涂層在太陽能光伏發電、光伏建筑材料、太陽能集熱器、宇航等領域具有廣泛的應用和巨大的市場。我國僅太陽能熱水器對太陽能玻璃的需求就達一億平方米，預計到2030年光伏發電有望占全世界發電量的5%?20%，在我國，除了應用領域和科技示范外，國家示范項目、民心工程和國際合作項目，送電到鄉、光明工程、國家光伏并網等均已啟動，亞洲最大的太陽能應用技術研究與示范基地在甘肅省榆中縣建成并已投入運行。可以展望，一個大規模利用太陽能的新時代已經來臨。太陽能的廣泛利用需要具有更高的透光率和更低的反射率的太陽能玻璃，同時大面積的投產使用太陽能玻璃帶來了十分繁重的清潔工作，由此迫切需要表面具有自清潔功能的太陽能玻璃。
[0004]國外在20世紀60年代就已經開始了玻璃自清潔和減反增透的研究，減反增透層通常采用不同折射率的均一薄膜來實現增透效果，根據目前的光學增透原理，厚度在λ/4時可以在單一波長處有很窄的減反增透效果。若要實現寬光譜減反增透就必須疊加多層不同介質的薄膜，這給加工工藝和技術帶來了困難。JP 10-20102Α公開了一種包含7層不同介質層的增透薄膜，但該增透膜在約400nm和300nm的波長范圍內對可見光的增透性能不足。JP2006-3562公開了一種包含多個層的增透膜，但對接近400nm波長的可見光沒有足夠的反射率。目前，世界上發達國家均有知名公司在專門從事自清潔玻璃的研究開發和制作，如英國Pilkington公司、日本TOTO公司、美國PPG公司、德國GEA公司、VTA公司、UIC公司等；在應用開發方面，日本率先展開開發、推廣、應用TiO2光催化自清潔玻璃。英國Pilkington玻璃公司在開發應用TiO2光催化自潔凈玻璃方面已走在歐、美玻璃商的前列。美國W.L.Tonar等人研制的透明復合自清潔防霧玻璃(W.L.Tonar et al.Electrochromic Device Having A Self-cleaning Hydrophilic Coating.United StatesPatent Application Publication US2001 / 00210066A I, 2001-09-13 ；K.Toru.VehicleMirror.United States Patent US5594585:1997-01-14;K.Toru.Ant1-fog Element.US5854308:1998-12-29 ；K.Takahama et al.Method of Forming Hydrophilic InorganicCoating Film And Inorganic Coating Composition.United States Patent ApplicationPublication US2001 / 008696A1，2001-07-13)，是在玻璃基材的表面形成具有催化作用的光催化劑透明涂層，再在光催化劑透明涂層的表面形成具有親水性的透明多孔無機氧化物(5102和八1203)薄膜。可見，對玻璃的自清潔和減反增透的研究和應用已經很多，并取得了很好的進展，但目前還沒有菲涅爾透鏡的自清潔和減反增透研究的相關報道。
[0005]普通的菲涅爾透鏡通常是用有機玻璃(PMMA)制備而成，PMMA與普通玻璃相比具有更高的透光率、更好的可塑性和柔韌性。然而，由于它的玻璃化轉變溫度較低，所以一些高溫的后處理(如煅燒等)方法不能應用于菲涅爾透鏡，這就導致目前的很多制備減反增透自清潔涂層的方法(往往包括如煅燒的后處理過程)不適用于菲涅爾透鏡。

【發明內容】

[0006]本發明的目的之一是提供菲涅爾透鏡表面的減反增透涂層，涂有該涂層的菲涅爾透鏡的透光率層能從94.3%提高到99.8%。
[0007]本發明的目的之二是提供菲涅爾透鏡表面的超親水自清潔的減反增透涂層，涂有該涂層的菲涅爾透鏡的透光率能從94.3%提高到98.5%，其表面具有超親水性能。
[0008]本發明的目的之三是提供方法和工藝簡單、原料廉價、成本低、節省時間、適用范圍廣的菲涅爾透鏡表面的減反增透涂層和超親水自清潔的減反增透涂層的制備方法。
[0009]本發明的菲涅爾透鏡表面的減反增透涂層是粒徑大約為10?IOOnm的實心SiO2球形納米粒子層，該減反增透涂層的表面具有粗糙結構。
[0010]所述的減反增透涂層的表面有粒徑大約為30?IOOnm的介孔SiO2球形納米粒子層，由此在菲涅爾透鏡的表面得到超親水自清潔的減反增透涂層，該超親水自清潔的減反增透涂層的表面具有粗糙結構。
[0011]本發明的菲涅爾透鏡表面的減反增透涂層的制備方法是采用含有粒徑大約為10?IOOnm的實心SiO2球形納米粒子的懸浮液，利用旋涂的方法將所述的懸浮液旋涂到菲涅爾透鏡的表面，使粒徑大約為10?IOOnm的實心SiO2球形納米粒子沉積到菲涅爾透鏡的表面，在菲涅爾透鏡的表面制備得到減反增透涂層；通過在上述減反增透涂層的表面再旋涂含有粒徑大約為30?IOOnm的介孔SiO2球形納米粒子的懸浮液，在菲涅爾透鏡的表面制備得到超親水自清潔的減反增透涂層。所述的超親水自清潔的減反增透涂層具有很小的水接觸角(水在帶有超親水自清潔的減反增透涂層的菲涅爾透鏡表面的接觸角能在0.5秒內達到5度以下)，水滴滴在超親水自清潔的減反增透涂層的表面可以很快鋪展，很容易沖走污染物而不留下任何痕跡，從而實現自清潔。所需儀器設備簡單、廉價，易于工業化。
[0012]所述的粒徑大約為10?IOOnm的實心SiO2球形納米粒子為市售產品，或按照 Stober ( Stober W, Fink A, Bohn E.Journal of Colloid & InterfaceScience, 1968, 6:62?69)方法進行制備；所述的粒徑大約為30?IOOnm的介孔SiO2球形納米粒子可按照 Qiao 等(Qiao Z, Zhang L, Guo M, Liu Y, Huo Q.Chemistry ofMaterials, 2009, 21:3823-3829)方法進行制備。
[0013]本發明的菲涅爾透鏡表面的減反增透涂層的制備方法包括以下步驟:
[0014](I)將菲涅爾透鏡在水中超聲清洗(一般超聲清洗的時間為10?20分鐘)，用惰性氣體吹干，然后用氧等離子體進行處理(一般氧等離子體進行處理的時間為5?10分鐘)；
[0015](2)配制含有粒徑大約為10?IOOnm的實心SiO2球形納米粒子的乙醇懸浮液,使用旋涂儀將上述懸浮液旋涂在步驟(I)經氧等離子體處理得到的菲涅爾透鏡的紋面和光面；
[0016](3)將步驟(2)制備得到的菲涅爾透鏡自然晾干，在菲涅爾透鏡的表面得到粒徑大約為10?IOOnm的實心SiO2球形納米粒子層，由此在菲涅爾透鏡的表面得到減反增透涂層，該減反增透涂層的表面具有粗糙結構。
[0017]使用旋涂儀,進一步將含有粒徑大約為30?IOOnm的介孔SiO2球形納米粒子的乙醇懸浮液旋涂在帶有所述的減反增透涂層的菲涅爾透鏡的紋面和光面；自然晾干，在所述的減反增透涂層的表面得到粒徑大約為30?IOOnm的介孔SiO2球形納米粒子層，由此在菲涅爾透鏡的表面得到超親水自清潔的減反增透涂層，該超親水自清潔的減反增透涂層的表面具有粗糖結構。
[0018]所述的旋涂的方法為:在將含有粒徑大約為10?IOOnm的實心SiO2球形納米粒子的乙醇懸浮液滴加到菲涅爾透鏡的紋面和光面后，用500?1000r/min的轉速旋轉10?20秒，再用1000?4000r/min的轉速旋轉30?60秒。在將含有粒徑大約為30?IOOnm的介孔SiO2球形納米粒子的乙醇懸浮液滴加到帶有所述的減反增透涂層的菲涅爾透鏡的紋面和光面后，用500?1000r/min的轉速旋轉10?20秒，再用1000?4000r/min的轉速旋轉30?60秒。
[0019]所述的含有粒徑大約為10?IOOnm的實心SiO2球形納米粒子的乙醇懸浮液的質量濃度為0.1%?1.5%ο
[0020]所述的含有粒徑大約為30?IOOnm的介孔SiO2球形納米粒子的乙醇懸浮液的質量濃度為0.1%?1.5%O
[0021]所述的菲涅爾透鏡是平面菲涅爾透鏡，是由PMMA注壓而成的圓形薄片，其表面一面為光滑平整表面，稱為光面，另一面刻錄了由小到大的同心圓，稱為紋面。
[0022]本發明中的菲涅爾透鏡經過氧等離子體處理，表面有很多-OH基團，能夠與實心SiO2球形納米粒子之間形成-S1-O-Si連接,使實心SiO2球形納米粒子牢固地附著在菲涅爾透鏡的表面形成網狀結構的涂層，大大地改善了其耐久性。所形成的實心SiO2球形納米粒子層可增大摩擦系數，此外SiO2還具有較低的反射率和很好的耐磨性能，因而，實心SiO2球形納米粒子層具有一定的耐磨損性和很好的減反增透性。帶有減反增透涂層的菲涅爾透鏡的透光率能從94.3%提高到99.8% ;帶有超親水自清潔的減反增透涂層的菲涅爾透鏡的透光率能從94.3%提高到98.5%。
[0023]本發明以廉價的平面菲涅爾透鏡作為基底，通過旋涂的方法將實心SiO2球形納米粒子沉積到菲涅爾透鏡的表面。由于實心SiO2球形納米粒子之間的間隙孔，使實心SiO2球形納米粒子層具有加大的孔隙率，進而使帶有減反增透涂層的菲涅爾透鏡的透光率從94.3%提高到99.8%。通過在上述帶有減反增透涂層的菲涅爾透鏡的表面再旋涂含有介孔SiO2球形納米粒子的懸浮液，得到超親水自清潔的減反增透涂層。由于介孔SiO2球形納米粒子層具有很大的粗糙度，使介孔SiO2球形納米粒子層的表面達到了超親水性能，水在帶有介孔SiO2球形納米粒子層的菲涅爾透鏡表面的接觸角能在0.5秒內達到5度以下，水滴滴在上面可以很快鋪展，很容易沖走污染物而不留下任何痕跡，從而實現自清潔。由于介孔SiO2球形納米粒子和實心SiO2球形納米粒子的共同作用，使帶有該超親水自清潔的減反增透涂層的菲涅爾透鏡的透光率從94.3%提高到98.5%。本發明中的這種涂層具有制備工藝簡單、成本低、效果明顯、適用范圍廣等技術優勢。[0024]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明，其中附圖中的(SSN)為粒徑10~30nm的實心SiO2球形納米粒子，(MSN)為粒徑30~IOOnm的介孔SiO2球形納米粒子，括號外的下標為涂層的層數。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1.旋涂有不同(SSN)n涂層的菲涅爾透鏡的透光率，其中下標η為涂層的層數(O~6);圖中的數字0、1、2、3、4、5、6分別對應沒有涂層的菲涅爾透鏡、實施例1 (I層SSN，即(SSN) J、實施例2 (2層SSN，即(SSN) 2)、實施例3 (3層SSN，即(SSN) 3)、實施例4 (4層SSN，即(SSN)4)、實施例5(5層SSN，即(SSN)5)、實施例6(6層SSN，即(SSN)6)的樣品的透光率。
[0026]圖2.旋涂有不同(SSN)1/(MSN)n涂層的菲涅爾透鏡的透光率，其中下標I為SSN的層數，下標η為介孔SiO2球形納米粒子(MSN)的層數(O~4);圖中的數字0、1、2、3、4分別對應實施例1 (無介孔SiO2球形納米粒子的層)、實施例7(1層介孔SiO2球形納米粒子)、實施例8 (2層介孔SiO2球形納米粒子)、實施例9 (3層介孔SiO2球形納米粒子)、實施例10的樣品的透光率(4層介孔SiO2球形納米粒子)。
[0027]圖3.本發明實施例1的沉積有(SSN)1涂層的菲涅爾透鏡的光面(a)和紋面(b)的掃描電鏡圖片，括號外的下標為涂層的層數。
[0028]圖4.本發明實施例8的沉積有(SSN)/(MSN)2涂層的菲涅爾透鏡的光面(a)和紋面(b)的掃描電鏡圖片，括號外的下標為涂層的層數。
[0029]圖5.本發明實施例1的沉積有(SSN)!涂層的菲涅爾透鏡的光面的原子力顯微鏡圖片，括號外的下標為涂層的層數。
[0030]圖6.本發明實施例8的沉積有(SSN)1/(MSN)2涂層的菲涅爾透鏡的光面的原子力顯微鏡圖片，括號外的下標為涂層的層數。
[0031]圖7.本發明實施例8的沉積有`(SSN)1Zi(MSN)2涂層的菲涅爾透鏡(a)和沒有涂層的菲涅爾透鏡(b)的防霧性能對比，括號外的下標為涂層的層數。
[0032]圖8.本發明實施例8的沉積有(SSN)1Zi(MSN)2涂層的菲涅爾透鏡(a)和沒有涂層的菲涅爾透鏡(b)的光面與水的接觸角的對比照片，括號外的下標為涂層的層數。
【具體實施方式】
[0033]實施例1
[0034]菲涅爾透鏡表面的減反增透涂層:是在菲涅爾透鏡的紋面和光面，各旋涂I層粒徑為10~30nm的實心SiO2球形納米粒子制備得到，其制備方法包括以下步驟:
[0035](I)將3~6mL氨水和50~150mL無水乙醇加入到錐形瓶中常溫攪拌8~12分鐘，在50~70攝氏度攪拌20~30分鐘，在攪拌下滴加2~4mL正硅酸乙酯(TEOS)，在50~70攝氏度劇烈攪拌10~14小時，得到半透明的懸浮液，得到含有粒徑為10~30nm的實心SiO2球形納米粒子的乙醇懸浮液，并配制成質量濃度為0.1%~1.5%的含有粒徑為10~30nm的實心SiO2球形納米粒子的乙醇懸浮液備用；
[0036](2)將菲涅爾透鏡在水中超聲清洗10~20分鐘，用氮氣吹干，然后用氧等離子體處理5~10分鐘備用；
[0037](3)將步驟(2)制備得到的菲涅爾透鏡固定在旋涂儀上，紋面朝上，在將步驟(1)制備得到的質量濃度為0.1%?1.5%的含有粒徑為10?30nm的實心SiO2球形納米粒子的乙醇懸浮液滴加到菲涅爾透鏡的紋面后，用500?1000r/min的轉速旋轉10?20秒，再用1000?4000r/min的轉速旋轉30?60秒；
[0038](4)將步驟(3)制備得到的菲涅爾透鏡自然晾干后，光面朝上固定在旋涂儀上，將步驟(I)制備得到的質量濃度為0.1%?1.5%的含有粒徑為10?30nm的實心Si02球形納米粒子的乙醇懸浮液滴加到菲涅爾透鏡的光面后，重復步驟(3)中的旋涂步驟；
[0039](5)將步驟(4)制備得到的菲涅爾透鏡自然晾干，在菲涅爾透鏡的表面得到由I層粒徑為10?30nm的實心SiO2球形納米粒子層構成的表面具有粗糙結構的減反增透涂層。所述的減反增透涂層的透光率如圖1中的線I所示及圖2中的線O所示，表面形貌如圖3和圖5所示。
[0040]實施例2
[0041]菲涅爾透鏡表面的減反增透涂層:是在菲涅爾透鏡的紋面和光面，各旋涂2層粒徑為10?30nm的實心SiO2球形納米粒子制備得到，其制備方法包括以下步驟:
[0042](I)質量濃度為0.1%?1.5%的含有粒徑為10?30nm的實心SiO2球形納米粒子的乙醇懸浮液同實施例1 ;
[0043](2)將菲涅爾透鏡在水中超聲清洗10?20分鐘，用氮氣吹干，然后用氧等離子體處理5?10分鐘備用；
[0044](3)將步驟(2)制備得到的菲涅爾透鏡固定在旋涂儀上，紋面朝上，在將步驟(I)制備得到的質量濃度為0.1%?1.5%的含有粒徑為10?30nm的實心SiO2球形納米粒子的乙醇懸浮液滴加到菲涅爾透鏡的紋面后，用500?1000r/min的轉速旋轉10?20秒，再用1000?4000r/min的轉速旋轉30?60秒；
[0045](4)將步驟(3)制備得到的菲涅爾透鏡自然晾干后，光面朝上固定在旋涂儀上，將步驟(I)制備得到的質量濃度為0.1%?1.5%的含有粒徑為10?30nm的實心Si02球形納米粒子的乙醇懸浮液滴加到菲涅爾透鏡的光面后，重復步驟(3)中的旋涂步驟；
[0046](5)將步驟(4)制備得到的菲涅爾透鏡自然晾干，重復步驟(3)及步驟(4)；
[0047](6)將步驟(5)制備得到的菲涅爾透鏡自然晾干，在菲涅爾透鏡的表面得到由2層粒徑為10?30nm的實心SiO2球形納米粒子層構成的表面具有粗糙結構的減反增透涂層。所述的減反增透涂層的透光率如圖1中的線2所示。
[0048]實施例3
[0049]菲涅爾透鏡表面的減反增透涂層:是在菲涅爾透鏡的紋面和光面，各旋涂3層粒徑為10?30nm的實心SiO2球形納米粒子制備得到，其制備方法包括以下步驟:
[0050](I)質量濃度為0.1%?1.5%的含有粒徑為10?30nm的實心SiO2球形納米粒子的乙醇懸浮液同實施例1 ;
[0051](2)將菲涅爾透鏡在水中超聲清洗10?20分鐘，用氮氣吹干，然后用氧等離子體處理5?10分鐘備用；
[0052](3)將步驟(2)制備得到的菲涅爾透鏡固定在旋涂儀上，紋面朝上，在將步驟(I)制備得到的質量濃度為0.1%?1.5%的含有粒徑為10?30nm的實心SiO2球形納米粒子的乙醇懸浮液滴加到菲涅爾透鏡的紋面后，用500?1000r/min的轉速旋轉10?20秒，再用1000?4000r/min的轉速旋轉30?60秒；[0053](4)將步驟(3)制備得到的菲涅爾透鏡自然晾干后，光面朝上固定在旋涂儀上，將步驟(I)制備得到的質量濃度為0.1%?1.5%的含有粒徑為10?30nm的實心Si02球形納米粒子的乙醇懸浮液滴加到菲涅爾透鏡的光面后，重復步驟(3)中的旋涂步驟；
[0054](5)將步驟(4)制備得到的菲涅爾透鏡自然晾干，重復步驟(3)及步驟⑷各2次；
[0055](6)將步驟(5)制備得到的菲涅爾透鏡自然晾干，在菲涅爾透鏡的表面得到由3層粒徑為10?30nm的實心SiO2球形納米粒子層構成的表面具有粗糙結構的減反增透涂層。所述的減反增透涂層的透光率如圖1中的線3所示。
[0056]實施例4
[0057]菲涅爾透鏡表面的減反增透涂層:是在菲涅爾透鏡的紋面和光面，各旋涂4層粒徑為10?30nm的實心SiO2球形納米粒子制備得到，其制備方法包括以下步驟:
[0058](I)質量濃度為0.1%?1.5%的含有粒徑為10?30nm的實心SiO2球形納米粒子的乙醇懸浮液同實施例1 ;
[0059](2)將菲涅爾透鏡在水中超聲清洗10?20分鐘，用氮氣吹干，然后用氧等離子體處理5?10分鐘備用；
[0060](3)將步驟(2)制備得到的菲涅爾透鏡固定在旋涂儀上，紋面朝上，在將步驟(I)制備得到的質量濃度為0.1%?1.5%的含有粒徑為10?30nm的實心SiO2球形納米粒子的乙醇懸浮液滴加到菲涅爾透鏡的紋面后，用500?1000r/min的轉速旋轉10?20秒，再用1000?4000r/min的轉速旋轉30?60秒；
[0061](4)將步驟(3)制備得到的菲涅爾透鏡自然晾干后，光面朝上固定在旋涂儀上，將步驟(I)制備得到的質量濃度為0.1%?1.5%的含有粒徑為10?30nm的實心Si02球形納米粒子的乙醇懸浮液滴加到菲涅爾透鏡的光面后，重復步驟(3)中的旋涂步驟；
[0062](5)將步驟(4)制備得到的菲涅爾透鏡自然晾干，重復步驟(3)及步驟⑷各3次；
[0063](6)將步驟(5)制備得到的菲涅爾透鏡自然晾干，在菲涅爾透鏡的表面得到由4層粒徑為10?30nm的實心SiO2球形納米粒子層構成的表面具有粗糙結構的減反增透涂層。所述的減反增透涂層的透光率如圖1中的線4所示。
[0064]實施例5
[0065]菲涅爾透鏡表面的減反增透涂層:是在菲涅爾透鏡的紋面和光面，各旋涂5層粒徑為10?30nm的實心SiO2球形納米粒子制備得到，其制備方法包括以下步驟:
[0066](I)質量濃度為0.1%?1.5%的含有粒徑為10?30nm的實心SiO2球形納米粒子的乙醇懸浮液同實施例1 ;
[0067](2)將菲涅爾透鏡在水中超聲清洗10?20分鐘，用氮氣吹干，然后用氧等離子體處理5?10分鐘備用；
[0068](3)將步驟(2)制備得到的菲涅爾透鏡固定在旋涂儀上，紋面朝上，在將步驟(I)制備得到的質量濃度為0.1%?1.5%的含有粒徑為10?30nm的實心SiO2球形納米粒子的乙醇懸浮液滴加到菲涅爾透鏡的紋面后，用500?1000r/min的轉速旋轉10?20秒，再用1000?4000r/min的轉速旋轉30?60秒；
[0069](4)將步驟(3)制備得到的菲涅爾透鏡自然晾干后，光面朝上固定在旋涂儀上，將步驟(I)制備得到的質量濃度為0.1%?1.5%的含有粒徑為10?30nm的實心Si02球形納米粒子的乙醇懸浮液滴加到菲涅爾透鏡的光面后，重復步驟(3)中的旋涂步驟；
[0070](5)將步驟(4)制備得到的菲涅爾透鏡自然晾干，重復步驟(3)及步驟⑷各4次；
[0071](6)將步驟(5)制備得到的菲涅爾透鏡自然晾干，在菲涅爾透鏡的表面得到由5層粒徑為10?30nm的實心SiO2球形納米粒子層構成的表面具有粗糙結構的減反增透涂層。所述的減反增透涂層的透光率如圖1中的線5所示。
[0072]實施例6
[0073]菲涅爾透鏡表面的減反增透涂層:是在菲涅爾透鏡的紋面和光面，各旋涂6層粒徑為10?30nm的實心SiO2球形納米粒子制備得到，其制備方法包括以下步驟:
[0074](I)質量濃度為0.1%?1.5%的含有粒徑為10?30nm的實心SiO2球形納米粒子的乙醇懸浮液同實施例1 ;
[0075](2)將菲涅爾透鏡在水中超聲清洗10?20分鐘，用氮氣吹干，然后用氧等離子體處理5?10分鐘備用；
[0076](3)將步驟(2)制備得到的菲涅爾透鏡固定在旋涂儀上，紋面朝上，在將步驟(I)制備得到的質量濃度為0.1%?1.5%的含有粒徑為10?30nm的實心SiO2球形納米粒子的乙醇懸浮液滴加到菲涅爾透鏡的紋面后，用500?1000r/min的轉速旋轉10?20秒，再用1000?4000r/min的轉速旋轉30?60秒；
[0077](4)將步驟(3)制備得到的菲涅爾透鏡自然晾干后，光面朝上固定在旋涂儀上，將步驟(I)制備得到的質量濃度為0.1%?1.5%的含有粒徑為10?30nm的實心Si02球形納米粒子的乙醇懸浮液滴加到菲涅爾透鏡的光面后，重復步驟(3)中的旋涂步驟；
[0078](5)將步驟(4)制備得到的菲涅爾透鏡自然晾干，重復步驟(3)及步驟⑷各5次；
[0079](6)將步驟(5)制備得到的菲涅爾透鏡自然晾干，在菲涅爾透鏡的表面得到由6層粒徑為10?30nm的實心SiO2球形納米粒子層構成的表面具有粗糙結構的減反增透涂層。所述的減反增透涂層的透光率如圖1中的線6所示。
[0080]實施例7
[0081]菲涅爾透鏡表面的親水自清潔的減反增透涂層:是在菲涅爾透鏡的紋面和光面，各旋涂I層粒徑為10?30nm的實心SiO2球形納米粒子和I層粒徑為30?IOOnm的介孔SiO2球形納米粒子制備得到，其制備方法包括以下步驟:
[0082](I)質量濃度為0.1%?1.5%的含有粒徑為10?30nm的實心SiO2球形納米粒子的乙醇懸浮液同實施例1 ;
[0083](2)將60?80mL水、10?15mL無水乙醇、9?13mL質量分數為10?30%的十六烷基三甲基氯化銨(CTAC)溶液和I?3mL 二乙醇胺(DEA)，在30?60°C水浴中混合攪拌30?40分鐘，在攪拌下，將5?IOmL TEOS和5?IOmL 3-巰基丙基三甲氧基硅烷(MPTS)，在2分鐘內逐滴緩慢均勻加入，溶液將逐漸變白，繼續攪拌，保溫2?4小時，冷卻至常溫后離心分離，水洗，然后用鹽酸與無水乙醇的混合液(鹽酸和無水乙醇按體積比1:8配制而成)在溫度為30?60°C萃取2?4小時,用水清洗,重復萃取3次,最后用無水乙醇清洗,得到粒徑為30?IOOnm的介孔SiO2球形納米粒子，并配制成質量濃度為0.1%?1.5%的含有粒徑為30~1OOnm的介孔SiO2球形納米粒子的乙醇懸浮液備用；
[0084](3)將菲涅爾透鏡在水中超聲清洗10~20分鐘，用氮氣吹干，然后用氧等離子體處理5~10分鐘備用；
[0085](4)將步驟(3)制備得到的菲涅爾透鏡固定在旋涂儀上，紋面朝上，在將步驟(1)制備得到的質量濃度為0.1%~1.5%的含有粒徑為10~30nm的實心SiO2球形納米粒子的乙醇懸浮液滴加到菲涅爾透鏡的紋面后，用500~1000r/min的轉速旋轉10~20秒，再用1000~4000r/min的轉速旋轉30~60秒；
[0086](5)將步驟(4)制備得到的菲涅爾透鏡自然晾干后，光面朝上固定在旋涂儀上，將步驟(1)制備得到的質量濃度為0.1%~1.5%的含有粒徑為10~30nm的實心Si02球形納米粒子的乙醇懸浮液滴加到菲涅爾透鏡的光面后，重復步驟(4)中的旋涂步驟；
[0087](6)將步驟(5)制備得到的菲涅爾透鏡自然晾干后，紋面朝上固定在旋涂儀上，在將步驟(1)制備得到的質量濃度為0.1%~1.5%的含有粒徑為30~1OOnm的介孔SiO2球形納米粒子的乙醇懸浮液滴加到菲涅爾透鏡的紋面后，用500~1000r/min的轉速旋轉10~20秒，再用1000~4000r/min的轉速旋轉30~60秒；
[0088](7)將步驟(6)制備得到的菲涅爾透鏡自然晾干后，光面朝上固定在旋涂儀上，將步驟(1)制備得到的質量濃度為0.1%~1.5%的含有粒徑為30~1OOnm的介孔Si02球形納米粒子的乙醇懸浮液滴加到菲涅爾透鏡的光面后，重復步驟(6)中的旋涂步驟；
[0089](8)將步驟(7)制備得到的菲涅爾透鏡自然晾干，在菲涅爾透鏡的表面得到由I層粒徑為10~30nm的實心SiO2球形納米粒子和I層粒徑為30~1OOnm的介孔SiO2球形納米粒子構成的表面具有粗糙結構的親水自清潔的減反增透涂層。所述的親水自清潔的減反增透涂層的透光率如圖2中的線I所示。
[0090]實施例8
[0091]菲涅爾透鏡表面的超親水自清潔的減反增透涂層:是在菲涅爾透鏡的紋面和光面，各旋涂I層粒徑為10~30nm的實心SiO2球形納米粒子和2層粒徑為30~1OOnm的介孔SiO2球形納米粒子制備得到，其制備方法包括以下步驟:
[0092](1)質量濃度為0.1%~1.5%的含有粒徑為10~30nm的實心SiO2球形納米粒子的乙醇懸浮液，及質量濃度為0.1%~1.5%的含有粒徑為30~1OOnm的介孔SiO2球形納米粒子的乙醇懸浮液均同實施例7 ；
[0093](2)將菲涅爾透鏡在水中超聲清洗10~20分鐘，用氮氣吹干，然后用氧等離子體處理5~10分鐘備用；
[0094](3)將步驟(2)制備得到的菲涅爾透鏡固定在旋涂儀上，紋面朝上，在將步驟(1)制備得到的質量濃度為0.1%~1.5%的含有粒徑為10~30nm的實心SiO2球形納米粒子的乙醇懸浮液滴加到菲涅爾透鏡的紋面后，用500~1000r/min的轉速旋轉10~20秒，再用1000~4000r/min的轉速旋轉30~60秒；
[0095](4)將步驟(3)制備得到的菲涅爾透鏡自然晾干后，光面朝上固定在旋涂儀上，將步驟(1)制備得到的質量濃度為0.1%~1.5%的含有粒徑為10~30nm的實心Si02球形納米粒子的乙醇懸浮液滴加到菲涅爾透鏡的光面后，重復步驟(3)中的旋涂步驟；
[0096](5)將步驟(4)制備得到的菲涅爾透鏡自然晾干后，紋面朝上固定在旋涂儀上，在將步驟(1)制備得到的質量濃度為0.1%~1.5%的含有粒徑為30~IOOnm的介孔SiO2球形納米粒子的乙醇懸浮液滴加到菲涅爾透鏡的紋面后，用500?1000r/min的轉速旋轉10?20秒，再用1000?4000r/min的轉速旋轉30?60秒；
[0097](6)將步驟(5)制備得到的菲涅爾透鏡自然晾干后，光面朝上固定在旋涂儀上，將步驟(I)制備得到的質量濃度為0.1%?1.5%的含有粒徑為30?IOOnm的介孔Si02球形納米粒子的乙醇懸浮液滴加到菲涅爾透鏡的光面后，重復步驟(5)中的旋涂步驟；
[0098](7)將步驟(6)制備得到的菲涅爾透鏡自然晾干，重復步驟(5)及步驟(6)；
[0099](8)將步驟(7)制備得到的菲涅爾透鏡自然晾干，在菲涅爾透鏡的表面得到由I層粒徑為10?30nm的實心SiO2球形納米粒子和2層粒徑為30?IOOnm的介孔SiO2球形納米粒子構成的表面具有粗糙結構的超親水自清潔的減反增透涂層(水在帶有介孔Si02球形納米粒子層的菲涅爾透鏡表面的接觸角能在0.5秒內達到5度以下)。所述的超親水自清潔的減反增透涂層的透光率如圖2中的線2所示，表面形貌如圖4和圖6所示，其防霧性能如圖7中的a所示，其與水接觸角如圖8中的a所示。
[0100]實施例9
[0101]菲涅爾透鏡表面的超親水自清潔的減反增透涂層:是在菲涅爾透鏡的紋面和光面，各旋涂I層粒徑為10?30nm的實心SiO2球形納米粒子和3層粒徑為30?IOOnm的介孔SiO2球形納米粒子制備得到，其制備方法包括以下步驟:
[0102](I)質量濃度為0.1%?1.5%的含有粒徑為10?30nm的實心SiO2球形納米粒子的乙醇懸浮液，及質量濃度為0.1%?1.5%的含有粒徑為30?IOOnm的介孔SiO2球形納米粒子的乙醇懸浮液均同實施例7 ；
[0103](2)將菲涅爾透鏡在水中超聲清洗10?20分鐘，用氮氣吹干，然后用氧等離子體處理5?10分鐘備用；
[0104](3)將步驟(2)制備得到的菲涅爾透鏡固定在旋涂儀上，紋面朝上，在將步驟(I)制備得到的質量濃度為0.1%?1.5%的含有粒徑為10?30nm的實心SiO2球形納米粒子的乙醇懸浮液滴加到菲涅爾透鏡的紋面后，用500?1000r/min的轉速旋轉10?20秒，再用1000?4000r/min的轉速旋轉30?60秒；
[0105](4)將步驟(3)制備得到的菲涅爾透鏡自然晾干后，光面朝上固定在旋涂儀上，將步驟(I)制備得到的質量濃度為0.1%?1.5%的含有粒徑為10?30nm的實心Si02球形納米粒子的乙醇懸浮液滴加到菲涅爾透鏡的光面后，重復步驟(3)中的旋涂步驟；
[0106](5)將步驟(4)制備得到的菲涅爾透鏡自然晾干后，紋面朝上固定在旋涂儀上，在將步驟(I)制備得到的質量濃度為0.1%?1.5%的含有粒徑為30?IOOnm的介孔SiO2球形納米粒子的乙醇懸浮液滴加到菲涅爾透鏡的紋面后，用500?1000r/min的轉速旋轉10?20秒，再用1000?4000r/min的轉速旋轉30?60秒；
[0107](6)將步驟(5)制備得到的菲涅爾透鏡自然晾干后，光面朝上固定在旋涂儀上，將步驟(I)制備得到的質量濃度為0.1%?1.5%的含有粒徑為30?IOOnm的介孔Si02球形納米粒子的乙醇懸浮液滴加到菲涅爾透鏡的光面后，重復步驟(5)中的旋涂步驟；
[0108](7)將步驟(6)制備得到的菲涅爾透鏡自然晾干，重復步驟(5)及步驟(6)各2次；
[0109](8)將步驟(7)制備得到的菲涅爾透鏡自然晾干，在菲涅爾透鏡的表面得到由I層粒徑為10?30nm的實心SiO2球形納米粒子和3層粒徑為30?IOOnm的介孔SiO2球形納米粒子構成的表面具有粗糙結構的超親水自清潔的減反增透涂層(水在帶有介孔Si02球形納米粒子層的菲涅爾透鏡表面的接觸角能在0.5秒內達到5度以下)。所述的超親水自清潔的減反增透涂層的透光率如圖2中的線3所示。
[0110]實施例10
[0111]菲涅爾透鏡表面的超親水自清潔的減反增透涂層:是在菲涅爾透鏡的紋面和光面，各旋涂I層粒徑為10?30nm的實心SiO2球形納米粒子和4層粒徑為30?IOOnm的介孔SiO2球形納米粒子制備得到，其制備方法包括以下步驟:
[0112](I)質量濃度為0.1%?1.5%的含有粒徑為10?30nm的實心SiO2球形納米粒子的乙醇懸浮液，及質量濃度為0.1%?1.5%的含有粒徑為30?IOOnm的介孔SiO2球形納米粒子的乙醇懸浮液均同實施例7 ；
[0113](2)將菲涅爾透鏡在水中超聲清洗10?20分鐘，用氮氣吹干，然后用氧等離子體處理5?10分鐘備用；
[0114](3)將步驟(2)制備得到的菲涅爾透鏡固定在旋涂儀上，紋面朝上，在將步驟(I)制備得到的質量濃度為0.1%?1.5%的含有粒徑為10?30nm的實心SiO2球形納米粒子的乙醇懸浮液滴加到菲涅爾透鏡的紋面后，用500?1000r/min的轉速旋轉10?20秒，再用1000?4000r/min的轉速旋轉30?60秒；
[0115](4)將步驟(3)制備得到的菲涅爾透鏡自然晾干后，光面朝上固定在旋涂儀上，將步驟(I)制備得到的質量濃度為0.1%?1.5%的含有粒徑為10?30nm的實心Si02球形納米粒子的乙醇懸浮液滴加到菲涅爾透鏡的光面后，重復步驟(3)中的旋涂步驟；
[0116](5)將步驟(4)制備得到的菲涅爾透鏡自然晾干后，紋面朝上固定在旋涂儀上，在將步驟(I)制備得到的質量濃度為0.1%?1.5%的含有粒徑為30?IOOnm的介孔SiO2球形納米粒子的乙醇懸浮液滴加到菲涅爾透鏡的紋面后，用500?1000r/min的轉速旋轉10?20秒，再用1000?4000r/min的轉速旋轉30?60秒；
[0117](6)將步驟(5)制備得到的菲涅爾透鏡自然晾干后，光面朝上固定在旋涂儀上，將步驟(I)制備得到的質量濃度為0.1%?1.5%的含有粒徑為30?IOOnm的介孔Si02球形納米粒子的乙醇懸浮液滴加到菲涅爾透鏡的光面后，重復步驟(5)中的旋涂步驟；
[0118](7)將步驟(6)制備得到的菲涅爾透鏡自然晾干，重復步驟(5)及步驟(6)各3次；
[0119](8)將步驟(7)制備得到的菲涅爾透鏡自然晾干，在菲涅爾透鏡的表面得到由I層粒徑為10?30nm的實心SiO2球形納米粒子和4層粒徑為30?IOOnm的介孔SiO2球形納米粒子構成的表面具有粗糙結構的超親水自清潔的減反增透涂層(水在帶有介孔Si02球形納米粒子層的菲涅爾透鏡表面的接觸角能在0.5秒內達到5度以下)。所述的超親水自清潔的減反增透涂層的透光率如圖2中的線4所示。
【權利要求】
1.一種菲涅爾透鏡表面的減反增透涂層，其特征是:所述的減反增透涂層是粒徑為10?IOOnm的實心SiO2球形納米粒子層,該減反增透涂層的表面具有粗糙結構。
2.根據權利要求1所述的菲涅爾透鏡表面的減反增透涂層，其特征是:所述的減反增透涂層的表面有粒徑為30?IOOnm的介孔SiO2球形納米粒子層，在菲涅爾透鏡的表面得到超親水自清潔的減反增透涂層，該超親水自清潔的減反增透涂層的表面具有粗糙結構。
3.一種根據權利要求1所述的菲涅爾透鏡表面的減反增透涂層的制備方法，其特征是，所述的制備方法包括以下步驟: (1)將菲涅爾透鏡在水中超聲清洗，用惰性氣體吹干，然后用氧等離子體進行處理； (2)配制含有粒徑為10?IOOnm的實心SiO2球形納米粒子的乙醇懸浮液，使用旋涂儀將上述懸浮液旋涂在步驟(I)經氧等離子體處理得到的菲涅爾透鏡的紋面和光面； (3)將步驟(2)制備得到的菲涅爾透鏡自然晾干，在菲涅爾透鏡的表面得到粒徑為10?IOOnm的實心SiO2球形納米粒子層，并在菲涅爾透鏡的表面得到減反增透涂層，該減反增透涂層的表面具有粗糙結構。
4.根據權利要求3所述的制備方法，其特征是:使用旋涂儀，將含有粒徑為30?IOOnm的介孔SiO2球形納米粒子的乙醇懸浮液旋涂在帶有所述的減反增透涂層的菲涅爾透鏡的紋面和光面；自然晾干，在所述的減反增透涂層的表面得到粒徑為30?IOOnm的介孔SiO2球形納米粒子層，并在菲涅爾透鏡的表面得到超親水自清潔的減反增透涂層，該超親水自清潔的減反增透涂層的表面具有粗糙結構。
5.根據權利要求3所述的制備方法，其特征是:所述的用氧等離子體進行處理的時間為5?10分鐘。
6.根據權利要求3所述的制備方法，其特征是:所述的旋涂的方法為:在將含有粒徑為10?IOOnm的實心SiO2球形納米粒子的乙醇懸浮液滴加到菲涅爾透鏡的紋面和光面后，用500?1000r/min的轉速旋轉10?20秒，再用1000?4000r/min的轉速旋轉30?60秒。
7.根據權利要求3或6所述的制備方法，其特征是:所述的含有粒徑為10?IOOnm的實心SiO2球形納米粒子的乙醇懸浮液的質量濃度為0.1%?1.5%。
8.根據權利要求4所述的制備方法，其特征是:所述的旋涂的方法為:在將含有粒徑為30?IOOnm的介孔SiO2球形納米粒子的乙醇懸浮液滴加到帶有所述的減反增透涂層的菲涅爾透鏡的紋面和光面后，用500?1000r/min的轉速旋轉10?20秒，再用1000?4000r/min的轉速旋轉30?60秒。
9.根據權利要求4或8所述的制備方法，其特征是:所述的含有粒徑為30?IOOnm的介孔SiO2球形納米粒子的乙醇懸浮液的質量濃度為0.1%?1.5%。
【文檔編號】C03C17/34GK103592701SQ201210291392
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2012年8月15日 優先權日:2012年8月15日
【發明者】賀軍輝, 周剛 申請人:中國科學院理化技術研究所