本發(fā)明屬于光學(xué)薄膜及納米材料，更具體地說，本發(fā)明涉及一種形貌可調(diào)的空心sio2納米粒子的制備方法及sio2薄膜。

背景技術(shù)：

1、多孔光學(xué)薄膜因其具有高比表面積、低介電常數(shù)和折射率可調(diào)的優(yōu)點，在傳感器、微電子學(xué)等方面具有廣闊應(yīng)用前景。sio2具有低折射率、低介電常數(shù)、化學(xué)惰性以及熱穩(wěn)定性，使得sio2基薄膜在光學(xué)、電子學(xué)方面的應(yīng)用受到廣泛關(guān)注。雖然sio2(折射率n為1.46)已經(jīng)屬于低折射率致密材料之一，但光學(xué)性能器件的實際應(yīng)用通常需要材料折射率更低，從而促使了超低折射率具備不同形貌的多孔sio2薄膜的研究。當(dāng)在薄膜中引入孔隙后，sio2薄膜的折射率值會有所降低，但仍然與空氣折射率(1.0)相距甚遠。因此，有必要研究不同方法來制備低折射率sio2材料。其中，化學(xué)刻蝕和高溫煅燒模板劑是獲得多孔sio2材料的有效方法，但是刻蝕劑因其有毒有害，不利于大批量的生產(chǎn)和應(yīng)用，而高溫煅燒則會對精密光學(xué)基底造成損傷。此外，采用傾斜角沉積法能夠制備出sio2納米棒陣列薄膜，但是這種方法設(shè)備成本高、操作復(fù)雜，且折射率和膜厚不易調(diào)控，同時也不適用于大面積制備。因此，需要開發(fā)一種在溫和條件下制備不同形貌多孔sio2納米粒子的方法，進而用來制備折射率可調(diào)控的多孔sio2薄膜。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的一個目的是解決至少上述問題和/或缺陷，并提供至少后面將說明的優(yōu)點。

2、為了實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的這些目的和其他優(yōu)點，提供了一種形貌可調(diào)的空心sio2納米粒子的制備方法，包括：用聚丙烯酸作為模板劑，聚二甲基硅氧烷、正硅酸乙酯為原料，通過溶膠-凝膠法制備出空心sio2納米粒子溶膠，通過改變聚二甲基硅氧烷和正硅酸乙酯兩者體積比合成形貌可控的空心sio2納米粒子。

3、優(yōu)選的是，其中，具體包括以下步驟：

4、步驟一、在室溫下取一定量的聚丙烯酸溶于氨水，再加入無水乙醇進行混合攪拌，得到溶液a；

5、步驟二、在一定溫度條件下往步驟一的溶液a中加入一定量的聚二甲基硅氧烷，得到混合液；

6、步驟三、將一定量的正硅酸乙酯分為5等份，在一定時間間隔內(nèi)逐漸加入步驟二得到的混合液中，得到溶液b；

7、步驟四、將步驟三的溶液b在一定溫度下充分?jǐn)嚢瑁敝列纬扇苣z，然后陳化；

8、步驟五、對陳化的溶膠進行過濾處理，得到空心sio2納米粒子。

9、優(yōu)選的是，其中，所述步驟一中，聚丙烯酸、氨水和無水乙醇的質(zhì)量體積比為0.10～20g:5～15ml:150～200ml。

10、優(yōu)選的是，其中，所述步驟二中，聚二甲基硅氧烷加入時溶液a的溫度為30℃，聚二甲基硅氧烷與氨水的體積比為0～1:5～15。

11、優(yōu)選的是，其中，所述步驟三中，時間間隔為1h。

12、優(yōu)選的是，其中，所述步驟三中，聚二甲基硅氧烷和正硅酸乙酯的體積比為1:0～3。

13、優(yōu)選的是，其中，所述步驟四中，溶液b的攪拌溫度為40～60℃，攪拌時間為36～72h。

14、優(yōu)選的是，其中，所述步驟五中，過濾使用的濾紙為0.22μm孔徑pvdf濾紙。

15、一種so2薄膜，其由上述的形貌可調(diào)的空心sio2納米粒子制備得到。

16、一種so2薄膜的制備方法，包括：用等離子清洗機對基底進行清洗，使用提拉鍍膜機以200～600mm/min的速度將基底浸沒在空心sio2納米粒子溶膠內(nèi)20～40s，鍍制出sio2薄膜。

17、為了提高so2薄膜對800～900nm波長光的透過率，使用等量的改性聚二甲基硅氧烷替換步驟一中的聚二甲基硅氧烷，其中改性聚二甲基硅氧烷的制備方法包括：

18、將聚二甲基硅氧烷、二苯基硅二醇、十三氟辛基三乙氧基硅烷加入反應(yīng)釜中，加入0.05mol/l的氫氧化鉀溶液，攪拌混合均勻后，升溫至100～120℃，攪拌反應(yīng)12～18h，攪拌速度為300～500rpm，反應(yīng)完成后，水洗去除氫氧化鉀溶液，得到改性聚二甲基硅氧烷；其中，聚二甲基硅氧烷、二苯基硅二醇、十三氟辛基三乙氧基硅烷與氫氧化鉀溶液的體積比為4:1～2:1:2～4。

19、本發(fā)明至少包括以下有益效果：本發(fā)明用聚丙烯酸(paa)作為模板劑，通過溶膠-凝膠法制備出空心sio2納米粒子(hsns)溶膠，通過改變聚二甲基硅氧烷(pdms)和正硅酸乙酯(teos)兩者體積比能夠合成形貌可控的空心sio2納米粒子，空心納米粒子的形貌有球形狀和蝌蚪狀。本發(fā)明通過改變納米粒子形貌來調(diào)節(jié)折射率，從而為制備超低折射率材料提供了新思路。

20、使用本發(fā)明空心sio2納米粒子制備的sio2薄膜對300～900nm光具有較高透過率，但峰值透過率集中于350～400nm；采用使用二苯基硅二醇、十三氟辛基三乙氧基硅烷改性的聚二甲基硅氧烷制備空心sio2納米粒子后，顯著提升了sio2薄膜對800～900nm光的透過率。

21、本發(fā)明的其他優(yōu)點、目標(biāo)和特征將部分通過下面的說明體現(xiàn)，部分還將通過對本發(fā)明的研究和實踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。

技術(shù)特征：

1.一種形貌可調(diào)的空心sio2納米粒子的制備方法，其特征在于，包括：用聚丙烯酸作為模板劑，聚二甲基硅氧烷、正硅酸乙酯為原料，通過溶膠-凝膠法制備出空心sio2納米粒子溶膠，通過改變聚二甲基硅氧烷和正硅酸乙酯兩者體積比合成形貌可控的空心sio2納米粒子。

2.如權(quán)利要求1所述的形貌可調(diào)的空心sio2納米粒子的制備方法，其特征在于，具體包括以下步驟：

3.如權(quán)利要求2所述的形貌可調(diào)的空心sio2納米粒子的制備方法，其特征在于，所述步驟一中，聚丙烯酸、氨水和無水乙醇的質(zhì)量體積比為0.10～20g:5～15ml:150～200ml。

4.如權(quán)利要求2所述的形貌可調(diào)的空心sio2納米粒子的制備方法，其特征在于，所述步驟二中，聚二甲基硅氧烷加入時溶液a的溫度為30℃，聚二甲基硅氧烷與氨水的體積比為0～1:5～15。

5.如權(quán)利要求2所述的形貌可調(diào)的空心sio2納米粒子的制備方法，其特征在于，所述步驟三中，時間間隔為1h。

6.如權(quán)利要求2所述的形貌可調(diào)的空心sio2納米粒子的制備方法，其特征在于，所述步驟三中，聚二甲基硅氧烷和正硅酸乙酯的體積比為1:0～3。

7.如權(quán)利要求2所述的形貌可調(diào)的空心sio2納米粒子的制備方法，其特征在于，所述步驟四中，溶液b的攪拌溫度為40～60℃，攪拌時間為36～72h。

8.如權(quán)利要求2所述的形貌可調(diào)的空心sio2納米粒子的制備方法，其特征在于，所述步驟五中，過濾使用的濾紙為0.22μm孔徑pvdf濾紙。

9.一種so2薄膜，其特征在于，所述so2薄膜由權(quán)利要求1-8任一項所述的形貌可調(diào)的空心sio2納米粒子制備得到。

10.一種如權(quán)利要求9所述的so2薄膜的制備方法，其特征在于，包括：用等離子清洗機對基底進行清洗，使用提拉鍍膜機以200～600mm/min的速度將基底浸沒在空心sio2納米粒子溶膠內(nèi)20～40s，鍍制出sio2薄膜。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種形貌可調(diào)的空心SiO<subgt;2</subgt;納米粒子的制備方法及SiO<subgt;2</subgt;薄膜，包括：用聚丙烯酸作為模板劑，聚二甲基硅氧烷、正硅酸乙酯為原料，通過溶膠?凝膠法制備出空心SiO<subgt;2</subgt;納米粒子溶膠，通過改變聚二甲基硅氧烷和正硅酸乙酯兩者體積比合成形貌可控的空心SiO<subgt;2</subgt;納米粒子。本發(fā)明用聚丙烯酸作為模板劑，通過溶膠?凝膠法制備出空心SiO<subgt;2</subgt;納米粒子溶膠，通過改變聚二甲基硅氧烷和正硅酸乙酯兩者體積比能夠合成形貌可控的空心SiO<subgt;2</subgt;納米粒子，空心納米粒子的形貌有球形狀和蝌蚪狀。本發(fā)明通過改變納米粒子形貌來調(diào)節(jié)折射率，從而為制備超低折射率材料提供了新思路。

技術(shù)研發(fā)人員：熊政偉,高志鵬,劉瀟如,但敏江,萬莉莉
受保護的技術(shù)使用者：西南科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/28