Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка новых нанопористых покрытий на стекло, обладающих высокой просветляющей способностью и повышенной твёрдостью

Номер контракта: 14.607.21.0004

Руководитель: Федюшкин Игорь Леонидович

Должность руководителя: ВРИО директора ИМХ РАН

Докладчик: Троицкий Борис Борисович, ведущий научный сотрудник

Организация: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлоорганической химии им.Г.А.Разуваева Российской академии наук
Организация докладчика: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлоорганической химии им.Г.А.Разуваева Российской академии наук

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
нанотехнология, золь-гель процесс, покрытия, антиотражающие, супергидрофильные, супергидрофобные, стекло, полимеры, металлы диоксид кремния, пористые наночастицы, полые наночастицы, золь - композиции, стекло

Цель проекта:
1. Задачи/проблемы, на решение которых направлен реализуемый проект. Просветляющие покрытия наносятся практически на все многочисленные виды оптических изделий. Широкое распространение получили многослойные покрытия с использованием вакуумных технологий. Но они становятся слишком дорогостоящими, если поверхность оптического изделия увеличивается до 1 и более кв. метров. Альтернативный более дешёвый вариант – нанесение на оптические изделия однослойных покрытий с низким показателем преломления 1.20 – 1.25. Однако в природе таких материалов не существует. Бурное развитие нанотехнологии позволило создавать новые нанопористые материалы, содержащие в нанопорах (размер менее 100 нм) до 50 и более объёмных процентов воздуха (n=1,0). Между тем было показано, что твёрдость подобных покрытий резко понижается с увеличением объёмного содержания воздуха в нанопорах, поэтому важной научной проблемой является разработка новых однослойных нанопористых покрытий с низким n и обладающих приемлемой для широкого практического применения твёрдостью. 2. Цель реализуемого проекта: (1) разработка новых золь – композиций на основе пористых или полых наночастиц диоксида кремния; (2) на основе данных композиций получение новых нанопористых покрытий на силикатном стекле с n 1,20 – 1,30 (максимум светопропускания стекла с покрытием 99.0 – 99.9%) и твёрдостью по карандашу 4Н – 6Н .

Основные планируемые результаты проекта:
1. Краткое описание основных результатов: (а) разработаны методы синтеза золей диоксида кремния, диоксида титана, диоксида циркония, оксида алюминия и смешанных оксидов металлов. Данные золи играют роль «клея», связывающего между собой пористые или полые наночастицы диоксида кремния в новых золь – композициях; (б) разработаны методы синтеза пористых или полых наночастиц диоксида кремния. Данные частицы составляют основу новых золь – композиций. Для получения пористых или полых наночастиц диоксида кремния сначала синтезировали наночастицы типа ядро – оболочка, в которых ядро – наночастицы из полиметилметакрилата или сополимеров метилметакрилата или наночастицы из амфифильных блоксополимеров, а оболочка – из диоксида кремния. Удалением ядра из наночастиц ядро – оболочка получали пористые или полые наночастицы диоксида кремния; (в) сконструирована и изготовлена лабораторная установка для нанесения просветляющих покрытий на оптические изделия методом погружения (dip coating). Получены лабораторные образцы силикатных стёкол с нанопористыми просветляющими покрытиями с максимумом светопропускания в видимой области спектра 96.0 – 97.0% и твёрдостью не менее 4Н. В 2015 году посланы и приняты к печати 4 работы, из них 3 работы опубликованы. Послана заявка на патент РФ.
2. Основные характеристики планируемых результатов: в 2016 г. будут продолжены работы по изучению влияния различных факторов на оптические и механические свойства нанопористых покрытий с целью получения предусмотренных в техническом задании параметров, а именно светопропускание силикатного стекла (soda-lime glass) c двухсторонним однослойным просветляющим покрытием в максимуме не ниже 99.0% и твёрдостью не ниже 4Н.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
1. Просветляющее нанопористое покрытие на силикатное стекло (soda-lime glass) с низким показателем преломления 1.20-1.30 и твердостью не менее 4H позволяет достигать максимального светопропускания стекла с покрытием более 99 %.
2. Разрабатываемые новые золь-композиции и технология нанесения покрытий позволяет получать просветляющие покрытия с высокими эксплуатационными характеристиками при относительно низких температурах отверждения гелей и сравнительно низкой себестоимостью.
3. Результаты, полученные в ходе выполнения проекта, сопоставимы с уровнем работ в данной области, так, в работе J. Moghal, J. Kobler, J. Sauer, J. Best, M. Gardener, A. A. R. Watt, G. Wakefield, High-performance, single-layer antireflective optical coatings comprising mesoporous silica nanoparticles (ACS Appl. Mater. Interfaces, 2012, 4, 854-859) получены однослойные нанопористые просветляющие покрытия с низким показателем преломления 1.20-1.25 и высоким светопропусканием стекла с покрытием в максимуме до 99.8-99.9 %.
4. Проект выполняется совместно с индустриальным партнером ПАО "Индустриально-технологический парк "Ворга"", который заинтересован во внедрении результатов данной разработки в производстве специальных стекол с просветляющим покрытием для элементов солнечных батарей.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Описание областей применения планируемых результатов: (1) просветляющие покрытия для элементов солнечных батарей; (2) просветляющие и абразивостойкие покрытия на полимеры: полиметилметакрилат, поликарбонат и др. (авиация, автомобили, солнечные батареи из полимеров и т.д.); (3) просветляющие покрытия для оптических элементов лазеров, в том числе, сверхмощных лазеров; (4) изолирующие слои с низкой диэлектрической проницаемостью для микроэлектроники.
2. Индустриальный партнер ПАО "Индустриально-технологический парк "Ворга"" заинтересован во внедрении результатов выполняемого проекта в производстве специальных стекол с высоким значением светопропускания.
3. Нанесение однослойных просветляющих покрытий на стекло позволит увеличить КПД солнечной батареи на 3-5 %.
4. Результаты проекта позволят создать производство новой востребованной на рынке РФ продукции, способной конкурировать с существующими иностранными производителями.

Текущие результаты проекта:
1. Разработаны методики синтеза и получены: наночастицы типа ядро-оболочка (ядро – синтезированные по оригинальной методике блок-сополимеры фторакрилата (бутилакрилата) с акриловой кислотой либо коммерческий Pluronic F-127, оболочка – диоксид кремния); коллоидные растворы наночастиц карбоната кальция и диоксида цинка; коллоидные растворы наночастиц типа ядро-оболочка (ядро – карбонат кальция или оксид цинка, оболочка – диоксид кремния). Разработаны методики синтеза: коллоидных растворов наночастиц солей металлов (карбонат и цитрат кальция); наночастиц типа ядро-оболочка (ядро – неорганические соли, оболочка – диоксид кремния); коллоидных растворов наночастиц типа ядро-оболочка (ядро – различные блок-сополимеры, оболочка – диоксид кремния).
2. Получены лабораторные образцы силикатных стёкол с нанопористыми просветляющими покрытиями с максимумом светопропускания в видимой области спектра 96.0 – 97.0% и твёрдостью не менее 4Н.
3. В 2015 году посланы и приняты к печати 4 работы, из них 3 работы опубликованы. Направлена и принята к рассмотрению по существу заявка на патент РФ.