Регистрация / Вход
Прислать материал

14.607.21.0004

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.607.21.0004
Тематическое направление
Индустрия наносистем
Исполнитель проекта
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлоорганической химии им.Г.А.Разуваева Российской академии наук
Название доклада
Разработка новых нанопористых покрытий на стекло, обладающих высокой просветляющей способностью и повышенной твёрдостью
Докладчик
Троицкий Борис Борисович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
1. Синтезировать новые золь – композиции на основе пористых или полых наночастиц диоксида кремния; 2. На основе данных композиций разработать технологию получения нанопористых просветляющих покрытий на силикатном стекле с низким показателем преломления n 1,20 – 1,30 (максимум светопропускания стекла с однослойным двухсторонним покрытием 99.0 – 99.9%) и твёрдостью по карандашу 4Н – 6Н (твёрдость поверхности гранита).
Для достижения поставленных целей решены следующие задачи:
1. Разработаны методы синтеза золей диоксида кремния, диоксида титана, диоксида циркония, оксида алюминия и смешанных оксидов металлов.
2. Разработаны методы синтеза пористых или полых наночастиц диоксида кремния из наночастиц типа «ядро-оболочка», в которых ядро образовано сополимерами метилметакрилата либо амфифильными блок-сополимерами, а оболочка – диоксидом кремния.
3. Сконструирована и изготовлена лабораторная установка для нанесения просветляющих покрытий на оптические изделия методом погружения (dip coating).
4. Разработана технология получения просветляющих покрытий на силикатном стекле.
5. Получены лабораторные образцы стёкол для солнечных батарей с однослойными просветляющими покрытиями с максимумом светопропускания 99.2 – 99.4 % и твёрдостью по карандашу 4Н – 5Н. Максимум светопропускания стекла без покрытия 91.5 – 92.0%.
Актуальность и новизна исследования
Области практического применения тонкоплёночных просветляющих покрытий – практически все оптические изделия, в частности, экраны дисплеев, солнечные батареи, фотодетекторы, светодиоды, сверхмощные лазеры и т.д. Существует два основных способа нанесения таких покрытий: вакуумное напыление и золь-гель метод. Использование вакуумных технологий является дорогостоящим процессом и затруднительно при больших площадях покрываемых поверхностей, тогда как золь-гель метод значительно дешевле и может быть использован для покрытия поверхностей метровых масштабов. Также, золь-гель метод позволяет варьировать в широком диапазоне химический состав и структуру осаждаемых пленок. Разработкой новых наноструктурированных просветляющих покрытий занято большое число исследовательских и коммерческих организаций в наиболее развитых странах мира.
Описание исследования

В работе использованы и развиваются, по крайней мере, три различных направления синтеза просветляющих нанопористых  покрытий. Первое направление основывается на золь-композициях диоксида кремния, в которые введены различные химические соединения, способные термически разрушаться при повышенных температурах (100 – 500°С) с образованием нанопор в отверждённой плёнке диоксида кремния. Этот способ имеет существенный недостаток, связанный с низкой твёрдостью и абразивостойкостью образующихся покрытий. Второе направление синтеза нанопористых покрытий из диоксида кремния предложено проф. С.Д. Бринкером с сотрудниками (C. J. Brinker, Sandia National Laboratory; University of New Mexico, Center for Microingineered Materials, Advanced Materials Lab) [C. J. Brinker, Y. Lu, A. Sellinger, H. Fan, Evaporation – induced self – assembly. Nanostructures made easy. Adv. Mater., 1999, 11, 579 – 585]. Ими открыт важный для нанотехнологии метод самоорганизации наноструктур, названный методом EISA – EVAPORATION-INDUSED SELF-ASSEMBLY (самоорганизация наноструктур, вызванная испарением растворителя). Сущность метода заключается в следующем. К золю диоксида кремния в концентрации меньшей ККМ добавляется ПАВ с образованием прозрачного коллоидного раствора. При нанесении этого раствора на стекло, например, методом погружения (dip coating) происходит испарение растворителя (что приводит к увеличению концентрации ПАВ) и самопроизвольное образование из молекул ПАВ различных мицеллярных и жидко – кристаллических структур. Наночастицы диоксида кремния адсорбируются на поверхности данных структур с образованием наноструктурированной плёнки диоксида кремния. Третье направление синтеза нанопористых покрытий с низким показателем преломления на силикатном стекле  связано с разработкой золь – композиций диоксида кремния, содержащих наночастицы типа ядро – оболочка, в которых ядро состоит из полимера, сополимера, а оболочка из диоксида кремния. Наночастицы полиметилметакрилата, сополимеров метилметакрилата получали методом эмульсионной полимеризации. В работе использованы современные методы регулируемой радикальной полимеризации (метод RAFT) для синтеза амфифильных блоксополимеров.

Результаты исследования
  1. Показано, что из золей диоксида кремния с добавками олигомеров пропиленгликоля (ППГ – 425, ППГ – 725, ППГ – 1000, ППГ – 2700, ППГ – 4000) можно получать просветляющие покрытия на силикатном стекле с максимумом светопропускания до 99.0%, в то время как светопропускание стекла без покрытия в максимуме равно 91.5%.
  2. Установлено, что из золей диоксида кремния с добавками ПАВ АЛМ-2, АЛМ-7, АЛМ-10 получаются просветляющие покрытия на силикатном стекле с максимумом светопропускания до 99.0%, в то время как светопропускание стекла без покрытия в максимуме равно 91.5%.
  3. Из золей диоксида кремния, содержащих наночастицы ядро – оболочка, в которых ядро – сополимер метилметакрилата с диметиламиноэтилметакрилатом, полученный методом эмульсионной полимеризации, а оболочка – диоксид кремния, получены просветляющие покрытия на стекле со светопропусканием в максимуме до 99.0%.
  4. Показано, что из золей диоксида кремния с добавками амфифильных блоксополимеров получаются просветляющие покрытия на силикатном стекле с максимумом светопропускания до 99.4% и твёрдостью 4Н – 5Н.
Практическая значимость исследования
Разработанные методы получения просветляющих покрытий могут быть перспективны для изделий широкого потребления: солнечные батареи, экраны дисплеев, прозрачные ограждения для теплиц и т.д.
ИМХ РАН начал работу по конструированию и изготовлению установки для нанесения разработанных просветляющих покрытий на стёкла размером 500 × 500 мм2 и толщиной 2.0 -5.0 мм. Ранее все работы проводились на лабораторной установке с использованием стёкол размером 25×75 мм2.
Стекольный завод «Символ» (Владимирская область, Гусь-Хрустальный р-н, г.Курлово, Генеральный директор Смолин Денис Владимирович) совместно с ИМХ РАН начал работу по конструированию и изготовлению установки для нанесения разработанных просветляющих покрытий на стёкла размером более 1000 ×1000 мм2 и толщиной 2.0 -5.0 мм.
В ИМХ РАН будут продолжены НИР по разработке многослойных покрытий, в частности, градиентных широкополосных просветляющих покрытий. Применение в конструкциях таких покрытий интерференционных слоёв с низким показателем преломления может иметь прорывное значение.