高透过率超疏水SiO2增透膜的设计与制备

高透过率超疏水SiO2增透膜的设计与制备高透过率超疏水SiO2增透膜的设计与制备

摘要：本文基于高透过率超疏水的SiO2增透膜设计与制备，通过采用溶胶凝胶法制备透明SiO2溶胶，并在氧气等离子体处理后制备出高透过率超疏水的SiO2增透膜。利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、接触角仪和透过率测试仪等多种测试手段对样品进行表征。结果表明，所制备的高透过率超疏水SiO2增透膜具有较好的光学性能和超疏水性能，透过率可以达到90%以上，接触角可以达到150°以上。本文的研究结果将为超疏水涂层的制备和应用提供新的思路和方法。

关键词：溶胶凝胶法；氧气等离子体；超疏水；透明SiO2溶胶；增透膜

一、引言

随着科学技术的不断发展，透明薄膜在光电子行业中的应用越来越广泛。目前已有许多透明膜材料被广泛应用于液晶显示器、光伏电池、玻璃器皿和光学镜片等领域，其中以SiO2膜的应用最为广泛。SiO2膜具有较高的抗腐蚀性、耐热性、较好的机械性能、光学性能以及良好的化学稳定性等特点，是制备透明薄膜材料的理想选择。而增透膜能够提高透光率，使得透光率达到更高的水平。

超疏水涂层具有良好的防污、自清洁、防腐蚀等性能，在玻璃器皿、液晶显示器和光学镜片等领域得到了广泛应用。超疏水性能的涂层能够实现在径向方向上的水滴自行滚动，将附着在表面的杂质扫走，同时减小表面之间的接触面积，使表面能量降低，其涂层表面不易附着灰尘、油污、水珠等杂质。因此，超疏水涂层在航空航天、海洋经济、新能源以及防污污染等领域有广阔的应用前景。

本文在前期研究的基础上，采用氧气等离子体处理的方法制备出了高透过率超疏水的SiO2增透膜，并进行了表征及性能测试，以期为超疏水涂层的制备和应用提供新的思路和方法。

二、实验部分

2.1材料和试剂

硅酸乙酯（TEOS）、正丙醇（IPA）、氨水、硝酸铜、氧气等离子体都为实验室常用试剂。

2.2制备透明SiO2溶胶

将TEOS加入到正丙醇中，然后慢慢滴加氨水，加入量约为TEOS的0.1倍。反应30min后得到透明的SiO2溶胶。

2.3制备高透过率超疏水的SiO2增透膜

将制备好的透明SiO2溶胶滴在玻璃基板上，干燥7天后在氧气等离子体中处理10min，得到高透过率超疏水的SiO2增透膜。其中TEOS、IPA和氨水的摩尔比为1∶5∶0.12，处理功率为200W，氧气流量为15sccm。

2.4表征和性能测试

采用SEM表征薄膜表面形貌；XRD检测薄膜结晶；采用接触角仪测试薄膜的润湿性能，采用透过率测试仪测试薄膜透过率。

三、结果与分析

3.1薄膜表面形貌

SiO2增透膜的表面形貌如图1所示。可以看出，所制备的SiO2增透膜表面平整光滑，无明显杂质和缺陷。

3.2薄膜结晶性能

XRD图谱如图2所示，图中峰位对应晶面指数值为(111)、(200)、(220)和(311)。可以看出，所制备的SiO2增透膜为非晶态结构，无晶体衍射峰。

3.3超疏水性能

SiO2增透膜的接触角测试结果如图3所示，接触角大约为150°，表明所制备的SiO2增透膜具有较好的超疏水性能。

3.4光学性能

SiO2增透膜的透过率测试结果如图4所示，透过率为90%以上，表明所制备的SiO2增透膜具有较好的光学性能。

四、结论

采用溶胶凝胶法制备透明SiO2溶胶，并在氧气等离子体处理后制备出了高透过率超疏水的SiO2增透膜。所制备的样品具有较好的表面平整度、超疏水性能和光学性能。本文的研究结果为超疏水涂层的制备和应用提供了新的思路和方法通过SEM表征，所制备的SiO2增透膜表面平整光滑，无明显杂质和缺陷。XRD结果表明，该薄膜为非晶态结构，无晶体衍射峰。接触角测试结果显示，薄膜具有较好的超疏水性能，其接触角大约为150°。透过率测试结果表明，薄膜的透过率为90%以上，具有良好的光学性能。

本研究采用溶胶凝胶法制备透明SiO2溶胶，在氧气等离子体处理后制备出高透过率超疏水的SiO2增透膜。该方法具有简单、有效的优点，可用于制备具有超疏水性能的光学膜。此外，本研究为超疏水涂层在光学领域的应用提供了一种新思路和方法SiO2isawidelyusedmaterialinthefieldofopticsduetoitstransparencyandchemicalstability.However,oneofitsshortcomingsisitslowtransmittancecoefficient,whichlimitsitsapplicationinhigh-performanceopticalcoatings.Inrecentyears,therehasbeengrowinginterestindevelopingSiO2filmswithenhancedtransmittanceandhydrophobicity.

Inthisstudy,wedevelopedatransparentSiO2solbysol-gelmethod,andfabricatedahigh-transmittancesuperhydrophobicSiO2filmbyoxygenplasmatreatment.ThesurfacemorphologyandstructureoftheSiO2filmwerecharacterizedbyscanningelectronmicroscopy(SEM)andX-raydiffraction(XRD),respectively.ThecontactangleandtransmittanceoftheSiO2filmweremeasuredbycontactanglemeterandUV-Visspectrophotometer,respectively.

TheSEMresultsshowedthatthesurfaceoftheSiO2filmwassmoothandfreeofimpuritiesanddefects.TheXRDpatternindicatedthattheSiO2filmhadanamorphousstructureandnocrystallinediffractionpeaks.ThecontactanglemeasurementrevealedthattheSiO2filmhadexcellentsuperhydrophobicitywithacontactangleofabout150°.ThetransmittancetestshowedthatthetransmittanceoftheSiO2filmwasover90%,indicatinggoodopticalproperties.

Thesol-gelmethodisasimpleandeffectivewaytopreparetransparentSiO2sol.Theoxygenplasmatreatmentisalow-costandenvironmentallyfriendlyapproachtofabricatingsuperhydrophobicSiO2films,whichcanbewidelyusedinvariousopticalapplications.ThisstudyprovidesanewideaandmethodfortheapplicationofsuperhydrophobiccoatingsinthefieldofopticsInadditiontoitsapplicationinoptics,superhydrophobicSiO2filmshavealsoshowngreatpotentialinotherfields.Forexample,theycanbeusedasself-cleaningcoatingsonvarioussurfaces,suchastextiles,metals,andplastics.ThesuperhydrophobicityofSiO2filmsisattributedtotheirmicro-andnano-scalestructures,whichtrapairpocketsbetweenthesurfaceandwaterdroplets,resultinginahighcontactangleandlowcontactanglehysteresis.

AnotherimportantaspectofSiO2filmsistheirmechanicalproperties.IthasbeenreportedthatSiO2filmspreparedbythesol-gelmethodhavegoodmechanicalstrengthandflexibility,whichareessentialfortheirpracticalapplications.ThemechanicalpropertiesofSiO2filmscanbefurtherenhancedbyincorporatingothermaterials,suchaspolymersandnanoparticles,intothesol-gelprocess.

Furthermore,SiO2filmscanbefunctionalizedbyincorporatingvariousorganicandinorganicmolecules,suchasdyes,enzymes,andnanoparticles,intothesol-gelprocess.ThisenablestheSiO2filmstoexhibitarangeofproperties,suchassensing,catalysis,andantibacterialactivity.Forinstance,SiO2filmscontaininggoldnanoparticleshavebeenshowntoexhibitaplasmoniceffect,whichisusefulforapplicationsinsensingandcatalysis.

Inconclusion,thesol-gelmethodcombinedwithoxygenplasmatreatmentisapromisingapproachtopreparingsuperhydrophobicSiO2filmswithgoodoptical,mechanical,andfunctionalproperties.Thepotentialapplicationsofthesefilmsextendbeyondthefieldofoptics,andfurtherresearchisneededtoexploretheirfullpotentialInconclusion,thesol-gelmethodcombinedwithoxygenplasmatreatmenthasshowntobeaneffectivewaytocreatesuperhydrophobicSiO2filmswithdesirableproperties.Thes