一種基于彩色噴墨打印制備漸變折射率增透膜的方法
【專利摘要】一種基于彩色噴墨打印制備漸變折射率增透膜的方法，包括如下步驟：通過配制性能穩(wěn)定的含有SiO2或通過熱處理能轉(zhuǎn)變?yōu)镾iO2的墨水和含有TiO2顆?；蛲ㄟ^熱處理能轉(zhuǎn)變?yōu)門iO2顆粒的墨水，所述墨水粘度為20-60mpa.s；將兩種墨水分別注入到不同顏色的墨盒A和墨盒B中，利用平板彩色噴墨打印機，通過這兩種顏色間漸變色在打印顏色的調(diào)控來實現(xiàn)對每層沉積薄膜中SiO2和TiO2含量的控制；使多層打印中層與層間，墨盒A中顏料含量持續(xù)遞減，墨盒B中顏料含量持續(xù)遞增，從而通過多層打印在透明載體上沉積出沿厚度方向上鈦元素或硅元素成分梯度變化的薄膜；將所沉積的薄膜經(jīng)300-600℃熱處理，形成具有成分漸變的功能薄膜，從而獲得具有漸變折射率的薄膜。
【專利說明】一種基于彩色噴墨打印制備漸變折射率增透膜的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于光學【技術領域】，涉及一種基于彩色噴墨打印制備漸變折射率增透膜的方法。
【背景技術】
[0002]太陽能電池作為一種新型的清潔能源越來越受到人們的重視，進一步提高電池的轉(zhuǎn)換效率，降低電池的發(fā)電成本成為太陽電池急待解決的關鍵問題。目前較為常用的太陽電池玻璃蓋板增透膜的制備是利用溶膠-凝膠方法在玻璃基片涂覆增透膜，它可以在一定范圍內(nèi)調(diào)整薄膜的折射率，但它對折射率的調(diào)控是通過膠體成分的調(diào)控來實現(xiàn)的，要獲得不同的折射率需要配制不同成分的膠體。傳統(tǒng)的寬帶增透膜主要是基于均勻光學薄膜理論，雖然利用高、低折射率多層薄膜結(jié)構(gòu)也能達到較好的寬帶增透效果，但其制備流程復雜，且由于眾多空洞界面的存在，加劇了膜系的光學損耗對入射光線角度的依賴性，而漸變折射率薄膜的折射率沿膜厚方向逐漸變化，它消除了膜層間突變的界面，可以獲得傳統(tǒng)光學薄膜無法實現(xiàn)的性能。人們已利用磁控濺射和電子束蒸法等真空鍍膜方法制備了具有漸變折射率的薄膜，但這些方法對設備條件要求高、制備成本高，不利于批量化生產(chǎn)。利用彩色噴墨打印技術來制備薄膜材料，它可克服直接使用溶膠一凝膠方法對薄膜成分進行調(diào)控需要配制大量膠體的不足，也可實現(xiàn)低成本、大面積成分漸變薄膜的制備。目前已有利用噴墨打印技術制備功能薄膜的報道，如=Pede等介紹了一種噴墨立體印刷技術并利用該技術進行逐層打印，從而制備出聚合物導電膜(D.PedeandDERossi, Mater.Sc1.Eng.C5 (1998) 289), Maryam等首先采用微乳法制備了納米二氧化鈦，然后利用噴墨打印方法在玻璃基片上進行打印薄膜并通過熱處理獲得具有自清潔功能的薄膜(H.Z.Maryam, S-G.Atasheh, J.Eur0.CeramicSoc.32 (2012) 4271)，F(xiàn)an等圖案打印技術(包括光刻、噴墨打印和浸涂自組裝層三個步驟)來制備功能納米結(jié)構(gòu)來獲實現(xiàn)所需的功能，該技術將計算機輔助設計與自組裝技術有效地聯(lián)系起來，為新型功能納米結(jié)構(gòu)的制備提供了一種簡便、快速的方法(H.Y.Fan, etal.，Nature, 405 (2000) 56);以及噴墨打印制備金屬氧化物功能薄膜方法(CN1199795C)利用可溶性金屬化合物為原料配制成性能穩(wěn)定的金屬氧化物墨水,然后利用噴墨打印方法制備金屬氧化物功能薄膜，但這些報道都只是利用噴墨打印技術制備了單一成分的薄膜，不能對薄膜的成分進行調(diào)控。Chang等利用噴墨技術在襯底上分別沉積了DCM和Almq3用來固定不同顏色的發(fā)光器件，通過圖案的調(diào)整從而制備出了彩色有機物薄膜(S.C.Chang, J.Liu, etal, Adv.Mater.，11(1999) 734)。但利用彩色噴墨打印技術實現(xiàn)對薄膜成分的控制來制備出成分漸變的氧化物薄膜方面的工作還未見報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為解決上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的是提供一種基于彩色噴墨打印制備漸變折射率增透膜的方法，利用本發(fā)明方法所制得薄膜，成本低，成分漸變，從而能達到折射率漸變，獲得高的透過率的目的，且本發(fā)明方法步驟簡單易于操作，具有很好的實用價值及推廣價值。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案為:
[0005]一種基于彩色噴墨打印制備漸變折射率增透膜的方法，包括如下步驟:
[0006]I)分別將含有硅元素的化合物及含有鈦元素的化合物溶解于水或有機溶劑中；
[0007]2)各自加入表面活性劑、P H調(diào)節(jié)劑和催干劑，加入量為溶劑質(zhì)量的0.01-3%，分別配制成性能穩(wěn)定的含有SiO2或通過熱處理能轉(zhuǎn)變?yōu)镾iO2的墨水和含有TiO2顆?；蛲ㄟ^熱處理能轉(zhuǎn)變?yōu)門iO2顆粒的墨水，所述墨水粘度為20-60mpa.s ；
[0008]3)將上述步驟2)的兩種墨水分別注入到不同顏色的墨盒A和墨盒B中，利用平板彩色噴墨打印機，通過這兩種顏色間漸變色在打印顏色的調(diào)控來實現(xiàn)對每層沉積薄膜中Si02和Ti02含量的控制；使多層打印中層與層間，墨盒A中顏料含量持續(xù)遞減，墨盒B中顏料含量持續(xù)遞增，從而通過多層打印在透明載體上沉積出沿厚度方向上鈦元素或硅元素成分梯度變化的薄膜；
[0009]4)將所沉積的薄膜經(jīng)300-600°C熱處理，形成具有成分漸變的功能薄膜，從而獲得具有漸變折射率的薄膜。
[0010]所述步驟I)中含有鈦元素的化合物指TiO2納米顆?；蛩穆然?、鈦酸異丙酯、鈦酸四丁酯制備的溶膠。
[0011]所述步驟I)中含有硅元素的化合物指SiO2納米顆?；蛘杷嵋阴?、硅烷制備的溶膠。
[0012]所述步驟3)中打印層數(shù)至少為兩層。
[0013]所述步驟I)中水為去離子水，所述溶劑為無水乙醇。
[0014]所述表面活性為十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、聚乙烯醇、十二烷基二乙醇胺、聚醚酰亞胺中的一種或多種。
[0015]所述PH調(diào)節(jié)劑為氨水、三乙醇胺。
[0016]所述催干劑為異丙醇。
[0017]相對于現(xiàn)有技術，本發(fā)明的有益效果為:
[0018]1、本發(fā)明利用噴墨打印技術簡單易操作的特點，可以方便地快速成型各種成分和不同厚度的薄膜，避免了常規(guī)化學或物理氣相沉積成膜所需的復雜工藝或昂貴設備。
[0019]2、本發(fā)明利用彩色打印的基本原理，采用可通過反應生成金屬氧化物的原料溶于去離子水或有機溶中，或采用將金屬氧化物納米顆粒分散在去離子水或有機溶劑中制成噴墨打印用墨水，通過添加表面活性劑和其它調(diào)節(jié)劑來調(diào)節(jié)墨水的穩(wěn)定性、粘度等各種性能，以獲得性能穩(wěn)定的打印用墨水。將各種氧化物墨水分別作為彩色構(gòu)成的基本顏色墨水注入到相應的墨盒中，采用平板彩色噴墨打印機將墨水打印在基片上，通過顏色調(diào)控原理打印出不同成分的薄膜，如紅、黃、藍、黑是彩色構(gòu)成的基本原色，紅加黃可得到橙色，少黃多紅將深橙，少紅多黃則變淺黃，將要沉積薄膜中的各基本組成作為基本原色墨水，通過對要打印的顏色的調(diào)控即可實現(xiàn)對薄膜成分基本構(gòu)成的調(diào)控，得到不同成分的薄膜。然后將打印沉積的薄膜經(jīng)一定溫度熱處理得到具有成分梯度的薄膜，從而獲得漸變的折射率和優(yōu)良的增透性能。只需配制幾種基本構(gòu)成原料的墨水，通過顏色調(diào)控方法即可獲得各種成分的薄膜。
[0020]3、本發(fā)明利用多次打印的方法可獲得具有成分漸變特征的薄膜，獲得折射率漸變的薄膜，從而制備出具有高透過率的薄膜。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為實施例1中所述在下板上沉積漸變折射率薄膜后的結(jié)構(gòu)示意圖。其中①為玻璃基板，②為第一層薄膜，③第二層薄膜。
[0022]圖2為實施例1中鍍膜后的光譜曲線圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0024]實施例1
[0025]一種基于彩色噴墨打印制備漸變折射率增透膜的方法，包括如下步驟:取IOOml的正硅酸乙酯,30ml去離子水加入到盛有90ml無水乙醇和30ml異丙醇的燒杯中，并加入Iml鹽酸和2克聚乙烯醇，將該溶液放置到恒溫磁力攪拌器中進行70°C水浴反應I小時，同時進行磁力攪拌，然后將該溶液取出于室溫放置進行陳化，當粘度達到40-50mpa.s時將其注入到黃色墨水的墨盒中。取20ml的鈦酸異丙酯，2ml去離子水加入到盛有80ml無水乙醇和20ml異丙醇的燒杯中，并加入2ml鹽酸和20mg十二烷基苯磺酸鈉，將該溶液放置到恒溫磁力攪拌器中進行80°C水浴反應I小時，同時進行磁力攪拌，然后將該溶液取出于室溫放置進行陳化，當粘度達到40-50mpa.s時將其注入到紅色墨水的墨盒中。根據(jù)顏色構(gòu)成原理紅加黃構(gòu)成橙色，將打印的顏色設置為橙色(由多紅少黃組成)，然后利用平板噴墨打印機進行打印即可得到由SiO2和TiO2構(gòu)成的薄膜，在基片干燥后再利用噴墨打印方法在前一層薄膜上打印淺黃色(由少紅多黃組成)即可得到由較多SiO2和較少TiO2構(gòu)成的薄膜，然后再打印黃色即可得到SiO2的薄膜，最后在500°C進行熱處理60分鐘，如圖1所示，這樣就得到由內(nèi)向外SiO2含量逐漸增加的薄膜，通過對打印過程顏色漸變的控制即可以實現(xiàn)成分的漸變，從而獲得到具有漸變折射率的薄膜，。如圖2所示，測試表明利用該方案制備的薄膜在400-900納米波長范圍內(nèi)的平均透過率為95.4%。
[0026]實施例2
[0027]—種基于彩色噴墨打印制備漸變折射率增透膜的方法，包括如下步驟:取20mg聚醚酰亞胺(PEI)溶解到50ml無水乙醇和15ml的異丙醇溶液中制備出PEI/乙醇溶液。在室溫條件下，采用超聲波分散法將50mg納米TiO2分散到PEI/乙醇溶液中，制備出膠體，調(diào)整粘度到20-30mpa.s左右，將其注入到黃色墨水的墨盒中。取20mg聚乙烯醇溶解到50ml無水乙醇和15ml的異丙醇溶液中制備出混合溶液。在室溫條件下，采用超聲波分散法將50mg納米SiO2分散到混合溶液中，制備出膠體，調(diào)整粘度到20-30mpa.s左右，將其注入到紅色墨水的墨盒中。將打印的顏色設置為橙色，然后利用平板噴墨打印機進行打印即可得到由SiO2和TiO2構(gòu)成的薄膜，在基片干燥后利用噴墨打印方法打印淺黃色即可得到由較多SiO2和較少TiO2構(gòu)成的薄膜，然后再在已沉積的薄膜上打印黃色即可得到SiO2的薄膜，由于直接利用失物顆粒為原料進行打印只需要將有機物和溶劑揮發(fā)干凈即可，故最后在300°C進行熱處理60分鐘，這樣就得到由內(nèi)向外SiO2含量逐漸增加的薄膜，即可得到具有梯度折射率的薄膜。將打印的顏色進行漸變調(diào)控，則可實現(xiàn)成分的漸變，從而獲得具有漸變折射率的薄膜。測試表明利用該方案制備的薄膜在400-900納米波長范圍內(nèi)的平均透過率為94.5%。[0028]實施例3
[0029]一種基于彩色噴墨打印制備漸變折射率增透膜的方法，包括如下步驟:取50ml的正硅酸乙酯，12ml去離子水加入到盛有50ml無水乙醇和5ml異丙醇的燒杯中，并加入0.5ml鹽酸和2克十二烷基二乙醇胺，將該溶液放置到恒溫磁力攪拌器中進行70°C水浴反應I小時，同時進行磁力攪拌，然后將該溶液取出于室溫放置進行陳化，當粘度達到50-60mpa.s時將其注入到黃色墨水的墨盒中。紅色墨盒中不注入墨水。按照從黃色逐漸向淺黃色過渡的顏色逐層打印，即可得到由內(nèi)向外SiO2含量逐漸減少的膜層結(jié)構(gòu)，最后在600°C進行熱處理60分鐘，這樣就得到由內(nèi)向外SiO2含量逐漸減少的薄膜，通過對打印過程顏色漸變的控制即可以實現(xiàn)成分的漸變，從而獲得到具有漸變折射率的薄膜。測試表明利用該方案制備的薄膜的最高透過率可達98.8%。
[0030]實施例4
[0031]一種基于彩色噴墨打印制備漸變折射率增透膜的方法，包括如下步驟:取80ml的正娃酸乙酯，25ml去離子水加入到盛有80ml無水乙醇和25ml異丙醇的燒杯中，并加入Iml鹽酸和2克十二烷基硫酸鈉，將該溶液放置到恒溫磁力攪拌器中進行60°C水浴反應I小時，同時進行磁力攪拌，然后將該溶液取出于室溫放置進行陳化，當粘度達到30-40mpa.s時將其注入到黃色墨水的墨盒中。取50ml的鈦酸四丁酯，2ml去離子水加入到盛有80ml無水乙醇和IOml異丙醇的燒杯中，并加入2ml鹽酸和20mg十二烷基苯磺酸鈉，將該溶液放置到恒溫磁力攪拌器中進行70°C水浴反應I小時，同時進行磁力攪拌，然后將該溶液取出于室溫放置進行陳化，當粘度達到40-50mpa.s時將其注入到藍色墨水的墨盒中。根據(jù)顏色構(gòu)成原理藍加黃構(gòu)成綠色，依次將打印的顏色設置為由淺綠向藍色過渡進行打印，最后在500°C進行熱處理60分鐘，即可制得由內(nèi)向外SiO2含量逐漸增加，TiO2含量逐漸減少的復合薄膜，從而獲得到具有漸變折射率的薄膜。測試表明利用該方案制備的薄膜在400-900納米波長范圍內(nèi)的平均透過率為95.1%。
[0032]本發(fā)明利用彩色打印的基本原理，采用可通過反應生成金屬氧化物的原料溶于去離子水或有機溶中，或采用將金屬氧化物納米顆粒分散在去離子水或有機溶劑中制成噴墨打印用墨水，通過添加表面活性劑和其它調(diào)節(jié)劑來調(diào)節(jié)墨水的穩(wěn)定性、粘度等各種性能，以獲得性能穩(wěn)定的打印用墨水。將各種氧化物墨水分別作為彩色構(gòu)成的基本顏色墨水注入到相應的墨盒中，采用平板彩色噴墨打印機將墨水打印在基片上，通過顏色調(diào)控原理打印出不同成分的薄膜，如紅、黃、藍、黑是彩色構(gòu)成的基本原色，紅加黃可得到橙色，少黃多紅將深橙，少紅多黃則變淺黃，將要沉積薄膜中的各基本組成作為基本原色墨水，通過對要打印的顏色的調(diào)控即可實現(xiàn)對薄膜成分基本構(gòu)成的調(diào)控，得到不同成分的薄膜。然后將打印沉積的薄膜經(jīng)一定溫度熱處理得到具有成分梯度的薄膜，從而獲得漸變的折射率和優(yōu)良的增透性能。只需配制幾種基本構(gòu)成原料的墨水，通過顏色調(diào)控方法即可獲得各種成分的薄膜?？梢苑奖愕乜焖俪尚透鞣N成分和不同厚度的薄膜，避免了常規(guī)化學或物理氣相沉積成膜所需的復雜工藝或昂貴設備，本發(fā)明方法步驟簡單易于操作，具有很好的實用價值及推廣價值。
[0033]以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何不經(jīng)過創(chuàng)造性勞動想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權利要求書所限定的保護范圍為準。
【權利要求】
1.一種基于彩色噴墨打印制備漸變折射率增透膜的方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)分別將含有硅元素的化合物及含有鈦元素的化合物溶解于水或有機溶劑中； 2)各自加入表面活性劑、PH調(diào)節(jié)劑和催干劑，加入量為溶劑質(zhì)量的0.01-3%，分別配制成性能穩(wěn)定的含有SiO2或通過熱處理能轉(zhuǎn)變?yōu)镾iO2的墨水和含有TiO2顆?；蛲ㄟ^熱處理能轉(zhuǎn)變?yōu)門iO2顆粒的墨水，所述墨水粘度為20-60mpa.s ； 3)將上述步驟2)的兩種墨水分別注入到不同顏色的墨盒A和墨盒B中，利用平板彩色噴墨打印機，通過這兩種顏色間漸變色在打印顏色的調(diào)控來實現(xiàn)對每層沉積薄膜中SiO2和TiO2含量的控制；使多層打印中層與層間，墨盒A中顏料含量持續(xù)遞減，墨盒B中顏料含量持續(xù)遞增，從而通過多層打印在透明載體上沉積出沿厚度方向上鈦元素或硅元素成分梯度變化的薄膜； 4)將所沉積的薄膜經(jīng)300-600°C熱處理，形成具有成分漸變的功能薄膜，從而獲得具有漸變折射率的薄膜。
2.如權利要求1所述方法，其特征在于，所述步驟I)中含有鈦元素的化合物指TiO2納米顆粒或四氯化鈦、鈦酸異丙酯、鈦酸四丁酯制備的溶膠。
3.如權利要求1所述方法，其特征在于，所述步驟I)中含有硅元素的化合物指SiO2納米顆?；蛘杷嵋阴ァ⒐柰橹苽涞娜苣z。
4.如權利要求1所述方法，其特征在于，所述步驟3)中打印層數(shù)至少為兩層。
5.如權利要求2或3所述方法，其特征在于，所述步驟I)中水為去離子水，所述溶劑為無水乙醇。
6.如權利要求1所述方法，其特征在于，所述表面活性為十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、聚乙烯醇、十二烷基二乙醇胺、聚醚酰亞胺中的一種或多種。
7.如權利要求1所述方法，其特征在于，所述PH調(diào)節(jié)劑為氨水、三乙醇胺。
8.如權利要求1所述方法，其特征在于，所述催干劑為異丙醇。
【文檔編號】B41M5/00GK103753995SQ201410009367
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月9日 優(yōu)先權日:2014年1月9日
【發(fā)明者】彭坤, 周靈平, 朱家俊, 李德意 申請人:湖南大學