玻璃表面化学刻蚀及对镀膜的影响研究
发布时间：2021-11-27 12:53
玻璃是一种具有较高透明度、高硬度和良好化学稳定性的无机非金属材料。近年来,结合表面处理技术的发展,玻璃表面处理与改性渐渐成为玻璃研究的热点。本文将化学刻蚀与镀膜处理相结合对玻璃表面进行处理与改性,研究经过刻蚀后的玻璃表面及对膜层性能的影响。玻璃在镀膜前进行化学刻蚀,可弥补镀膜玻璃在使用过程存在中的不足或提升原有的性能。本课题先用化学刻蚀法在玻璃表面分别制备出纳米多孔层与微米级凹坑结构,对经过化学刻蚀后玻璃的光学性能进行分析。通过在具有纳米多孔结构的玻璃表面制备出具有低表面能的疏水膜层,并研究疏水膜层的疏水性以及耐候性能;另又在具有微米级凹坑结构的玻璃表面镀制Ti O2膜,研究微米级凹坑结构对膜层的膜基结合力与催化性能的影响。本研究第一部分提出通过对玻璃表面进行化学刻蚀后,再制备疏水膜层,得到一种增透疏水玻璃。首先,利用碱溶液对普通钠钙硅玻璃表面进行化学刻蚀,制备出纳米多孔结构层,得到可见光透过率由90.1%提高至97.8%的增透玻璃。再利用十三氟辛基三乙氧基硅烷(C14H19F13O3
【文章来源】：海南大学海南省 211工程院校
【文章页数】：45 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
磁控溅射的原理结构简图
度高达14.3％的镀膜玻璃，解决了镀膜玻璃的雾度和可见光透过率之间相互影响的问题。（3）溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是成膜物质通过发生水解和聚合反应形成胶体溶液，然后将胶体溶液涂布到玻璃基片表面上而形成膜的过程，通常这类成膜物质主要是金属的盐类或金属的有机醇盐。溶胶-凝胶法目前主要有浸镀法、旋转镀法、喷涂法和流液法（王德宪等，2002）。溶胶-凝胶法不需要昂贵的设备，生产成本较低，并且工艺简单、适用于不规则与大面积的镀膜。在制备过程中，溶胶-凝胶法经历了由溶胶转化为凝胶，凝胶形成固态氧化物的过程，图1.2为溶胶-凝胶镀膜的简易流程。图1.2溶胶-凝胶法镀膜的简易流程Fig.1.2Simpleprocessofsol-gelcoating张婉思等（张婉思等，2012）采用溶胶-凝胶法在玻璃表面制备出无机增透膜，该研究是在实验室条件下使用自制的浸渍提拉涂膜机，依照镀膜顺序经过了清洗、浸渍提拉涂膜、干燥、及成膜后热处理等步骤，在玻璃表面镀制出纳米SiO2增透膜，其研究结果表明，将膜层厚度控制在110nm左右时，平均可见光透过率可达到最大。朱清（朱清，2016）通过选择2种不同溶胶材料体系，将纳米银线和SiO2溶胶复合，在玻璃表面制备出一种减反射薄膜。（4）有机物修饰法由玻璃的元素组成可知，玻璃表面的活性基团较少，通过在玻璃表面接枝活性基团可弥补玻璃在该方面的不足。玻璃表面进行有机物的修饰前通常要先进行羟基化处理，然后再进行硅烷化，最后将具有一定功能性的单体与硅烷偶联剂反应，通过这种在玻璃表面镀制一层接枝有机膜层的方式来赋予玻璃更多的功能。疏水玻璃通常通过在玻璃表面制备一层低表面能的膜层，这类材料通常有烷氧基聚合物、氟硅烷偶联剂等，可使玻璃表面处于一种低表面能状态，起到疏水的作用。李柳青等（李柳
玻璃表面化学刻蚀及对镀膜的影响研究6接枝的过程(ArklesB，1997)。图1.3玻璃表面接枝氟硅烷Fig.1.3Fluorosilanegraftingonglasssurface1.1.3玻璃表面的物理刻蚀早期对玻璃表面进行物理刻蚀是利用机械进行钻孔、刻花，在玻璃表面制备出各式各样的花纹和图案。近年来通常采用电脑数控技术自动刻花机在玻璃表面进行加工，主要应用于装饰领域，该方法工业应用已发展得非常成熟。在物理刻蚀方面，近年来实验室研究逐步侧重于激光刻蚀，激光刻蚀的原理是将紫外激光、光纤激光这类高光束质量的激光束聚焦成极小的光斑，使其在焦点处形成极高的功率密度，将玻璃材料汽化蒸发，形成孔、缝、槽。激光频率的范围非常窄，可将高能量集中在极小的面积内，然后将聚焦后的激光束穿透样品。玻璃这类脆硬性材料在加工方面存在较大的困难，激光加工这种无接触式加工，降低了玻璃的损伤，对玻璃表面精密刻蚀有很大的优势。杨桂栓等(杨桂栓等，2017)等使用激光刻蚀技术提高了刻蚀通道的精度和降低刻蚀损伤，广泛应用于对玻璃器件精密度具有较高要求的光学与电子等领域。江超等(江超等，2003)使用248nm的准分子激光器在玻璃表面刻蚀出Φ=0.8mm的圆孔，并探讨了准分子激光在刻蚀过程中与K9玻璃的作用机理。激光刻蚀不再局限于单独使用，为了提高刻蚀微通道的精密度，台湾大学生物医学工程研究所（MengHuayenetal.，2010）在实验中了采用波长为532nm的激光器作为光源，将铟镓低温共熔混合物作为吸收液体，对样品进行激光诱导背部湿刻蚀，该方法将刻蚀阈值降低为紫外激光实验时的三分之一，底面粗糙度可达30nm左右。1.1.4玻璃表面的离子交换在玻璃表面进行化学钢化—离子交换，玻璃表层的碱金属离子被熔盐中不同的碱金属离子所替换，在玻璃表面形成压应力层，起?
【参考文献】：
期刊论文
[1]磁控溅射功率对玻璃基DLC薄膜的结构和硬度的影响[J]. 刘翔,赵青南,张泽华,李渊,曾臻,董玉红,赵杰. 硅酸盐通报. 2018(10)
[2]CdSe量子点掺杂硼硅酸盐玻璃的光学性能[J]. 许周速,程成. 硅酸盐学报. 2018(11)
[3]铕离子掺杂碱土金属铝硼硅荧光玻璃的制备与发光性能[J]. 夏李斌,肖青辉,姜毅,杨雪莉,游维雄. 硅酸盐学报. 2018(07)
[4]248nm准分子激光刻蚀钠钙玻璃微通道低裂损工艺研究[J]. 杨桂栓,陈虹,陈涛. 应用激光. 2017(04)
[5]Sm3+/Dy3+掺杂太阳能电池盖板玻璃的性能[J]. 苏俊,张振华,赵会峰,姜宏. 材料科学与工程学报. 2016(06)
[6]反射红外及自清洁的多功能镀膜玻璃的制备[J]. 鲍思权,姜宏,赵会峰,张振华,王琦. 硅酸盐通报. 2016(11)
[7]玻璃负载纳米TiO2/SiO2膜的制备和光催化性能[J]. 李建生,刘炳光,王少杰,董学通. 工业水处理. 2016(05)
[8]低辐射隔热复合镀膜玻璃的制备[J]. 赵嫦,毕诚,赵高凌,韩高荣. 功能材料. 2015(01)
[9]有机氟硅烷对玻璃表面的浸润改性[J]. 李青柳,刘铭,马栋,王波. 中国表面工程. 2014(03)
[10]酸抛光与化学钢化对防眩玻璃力学性能的影响[J]. 白晓光,王青,王嘉健,张红,王海风. 化工新型材料. 2014(02)
博士论文
[1]太阳能光伏玻璃用纳米减反射膜的制备与改性[D]. 辛崇飞.华南理工大学 2013
[2]CVD金刚石膜的附着性能与应用[D]. 马丙现.郑州大学 2003
硕士论文
[1]仿生超疏水表面的制备及其性能研究[D]. 杨统林.南昌大学 2018
[2]磁控溅射制备具有SiOC过渡层结构的类金刚石薄膜及其结构性能的研究[D]. 冯建.海南大学 2017
[3]多孔玻璃的制备、镀膜及性能研究[D]. 王红燕.海南大学 2017
[4]纳米银线透明导电薄膜制备及其应用研究[D]. 朱清.华东师范大学 2016
[5]纳米Ti-O薄膜/CoCrMo合金体系拉伸变形后薄膜结合行为及其界面研究[D]. 陈赏.西南交通大学 2014
[6]溶胶凝胶法制备光伏增透膜的研究[D]. 张婉思.华东理工大学 2012
本文编号：3522329
【文章来源】：海南大学海南省 211工程院校
【文章页数】：45 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
磁控溅射的原理结构简图
度高达14.3％的镀膜玻璃，解决了镀膜玻璃的雾度和可见光透过率之间相互影响的问题。（3）溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是成膜物质通过发生水解和聚合反应形成胶体溶液，然后将胶体溶液涂布到玻璃基片表面上而形成膜的过程，通常这类成膜物质主要是金属的盐类或金属的有机醇盐。溶胶-凝胶法目前主要有浸镀法、旋转镀法、喷涂法和流液法（王德宪等，2002）。溶胶-凝胶法不需要昂贵的设备，生产成本较低，并且工艺简单、适用于不规则与大面积的镀膜。在制备过程中，溶胶-凝胶法经历了由溶胶转化为凝胶，凝胶形成固态氧化物的过程，图1.2为溶胶-凝胶镀膜的简易流程。图1.2溶胶-凝胶法镀膜的简易流程Fig.1.2Simpleprocessofsol-gelcoating张婉思等（张婉思等，2012）采用溶胶-凝胶法在玻璃表面制备出无机增透膜，该研究是在实验室条件下使用自制的浸渍提拉涂膜机，依照镀膜顺序经过了清洗、浸渍提拉涂膜、干燥、及成膜后热处理等步骤，在玻璃表面镀制出纳米SiO2增透膜，其研究结果表明，将膜层厚度控制在110nm左右时，平均可见光透过率可达到最大。朱清（朱清，2016）通过选择2种不同溶胶材料体系，将纳米银线和SiO2溶胶复合，在玻璃表面制备出一种减反射薄膜。（4）有机物修饰法由玻璃的元素组成可知，玻璃表面的活性基团较少，通过在玻璃表面接枝活性基团可弥补玻璃在该方面的不足。玻璃表面进行有机物的修饰前通常要先进行羟基化处理，然后再进行硅烷化，最后将具有一定功能性的单体与硅烷偶联剂反应，通过这种在玻璃表面镀制一层接枝有机膜层的方式来赋予玻璃更多的功能。疏水玻璃通常通过在玻璃表面制备一层低表面能的膜层，这类材料通常有烷氧基聚合物、氟硅烷偶联剂等，可使玻璃表面处于一种低表面能状态，起到疏水的作用。李柳青等（李柳
玻璃表面化学刻蚀及对镀膜的影响研究6接枝的过程(ArklesB，1997)。图1.3玻璃表面接枝氟硅烷Fig.1.3Fluorosilanegraftingonglasssurface1.1.3玻璃表面的物理刻蚀早期对玻璃表面进行物理刻蚀是利用机械进行钻孔、刻花，在玻璃表面制备出各式各样的花纹和图案。近年来通常采用电脑数控技术自动刻花机在玻璃表面进行加工，主要应用于装饰领域，该方法工业应用已发展得非常成熟。在物理刻蚀方面，近年来实验室研究逐步侧重于激光刻蚀，激光刻蚀的原理是将紫外激光、光纤激光这类高光束质量的激光束聚焦成极小的光斑，使其在焦点处形成极高的功率密度，将玻璃材料汽化蒸发，形成孔、缝、槽。激光频率的范围非常窄，可将高能量集中在极小的面积内，然后将聚焦后的激光束穿透样品。玻璃这类脆硬性材料在加工方面存在较大的困难，激光加工这种无接触式加工，降低了玻璃的损伤，对玻璃表面精密刻蚀有很大的优势。杨桂栓等(杨桂栓等，2017)等使用激光刻蚀技术提高了刻蚀通道的精度和降低刻蚀损伤，广泛应用于对玻璃器件精密度具有较高要求的光学与电子等领域。江超等(江超等，2003)使用248nm的准分子激光器在玻璃表面刻蚀出Φ=0.8mm的圆孔，并探讨了准分子激光在刻蚀过程中与K9玻璃的作用机理。激光刻蚀不再局限于单独使用，为了提高刻蚀微通道的精密度，台湾大学生物医学工程研究所（MengHuayenetal.，2010）在实验中了采用波长为532nm的激光器作为光源，将铟镓低温共熔混合物作为吸收液体，对样品进行激光诱导背部湿刻蚀，该方法将刻蚀阈值降低为紫外激光实验时的三分之一，底面粗糙度可达30nm左右。1.1.4玻璃表面的离子交换在玻璃表面进行化学钢化—离子交换，玻璃表层的碱金属离子被熔盐中不同的碱金属离子所替换，在玻璃表面形成压应力层，起?
【参考文献】：
期刊论文
[1]磁控溅射功率对玻璃基DLC薄膜的结构和硬度的影响[J]. 刘翔,赵青南,张泽华,李渊,曾臻,董玉红,赵杰. 硅酸盐通报. 2018(10)
[2]CdSe量子点掺杂硼硅酸盐玻璃的光学性能[J]. 许周速,程成. 硅酸盐学报. 2018(11)
[3]铕离子掺杂碱土金属铝硼硅荧光玻璃的制备与发光性能[J]. 夏李斌,肖青辉,姜毅,杨雪莉,游维雄. 硅酸盐学报. 2018(07)
[4]248nm准分子激光刻蚀钠钙玻璃微通道低裂损工艺研究[J]. 杨桂栓,陈虹,陈涛. 应用激光. 2017(04)
[5]Sm3+/Dy3+掺杂太阳能电池盖板玻璃的性能[J]. 苏俊,张振华,赵会峰,姜宏. 材料科学与工程学报. 2016(06)
[6]反射红外及自清洁的多功能镀膜玻璃的制备[J]. 鲍思权,姜宏,赵会峰,张振华,王琦. 硅酸盐通报. 2016(11)
[7]玻璃负载纳米TiO2/SiO2膜的制备和光催化性能[J]. 李建生,刘炳光,王少杰,董学通. 工业水处理. 2016(05)
[8]低辐射隔热复合镀膜玻璃的制备[J]. 赵嫦,毕诚,赵高凌,韩高荣. 功能材料. 2015(01)
[9]有机氟硅烷对玻璃表面的浸润改性[J]. 李青柳,刘铭,马栋,王波. 中国表面工程. 2014(03)
[10]酸抛光与化学钢化对防眩玻璃力学性能的影响[J]. 白晓光,王青,王嘉健,张红,王海风. 化工新型材料. 2014(02)
博士论文
[1]太阳能光伏玻璃用纳米减反射膜的制备与改性[D]. 辛崇飞.华南理工大学 2013
[2]CVD金刚石膜的附着性能与应用[D]. 马丙现.郑州大学 2003
硕士论文
[1]仿生超疏水表面的制备及其性能研究[D]. 杨统林.南昌大学 2018
[2]磁控溅射制备具有SiOC过渡层结构的类金刚石薄膜及其结构性能的研究[D]. 冯建.海南大学 2017
[3]多孔玻璃的制备、镀膜及性能研究[D]. 王红燕.海南大学 2017
[4]纳米银线透明导电薄膜制备及其应用研究[D]. 朱清.华东师范大学 2016
[5]纳米Ti-O薄膜/CoCrMo合金体系拉伸变形后薄膜结合行为及其界面研究[D]. 陈赏.西南交通大学 2014
[6]溶胶凝胶法制备光伏增透膜的研究[D]. 张婉思.华东理工大学 2012
本文编号：3522329
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