溶胶-凝胶SiO_(2)减反膜的制备与光学性能研究

碱催化溶胶-凝胶多孔SiO_(2)减反膜具有优异的光学性能及抗激光损伤性能,是高功率激光装置中的重要组成部分,但其与光学元件之间的结合强度低,使得膜层易发生接触破坏。本研究以“神光II”高功率激光装置溶胶-凝胶多孔SiO_(2)减反膜为基础,通过提拉法在其表层涂覆致密的SiO_(2)薄层后得到机械强度提升的双层SiO_(2)减反膜(SiO_(2)-MTES),并与常用的单层氨固化SiO_(2)减反膜(SiO_(2)-HMDS)进行相关应用性能的综合比较。结果表明,涂覆SiO_(2)-MTES的熔石英在约800 nm处的峰值透过率大于99.6%,运用1-on-1激光损伤阈值测试方法测得该双层SiO_(2)减反膜的零几率激光损伤阈值为51.9 J/cm^(2)(1064 nm,9.1 ns),与涂覆SiO_(2)-HMDS的性能相当。同时,SiO_(2)-MTES膜层与水的接触角达到117.3°,且在相对湿度大于90%的高湿环境中膜层的透过率较稳定。多次擦拭实验结果表明SiO_(2)-MTES的耐摩擦机械强度明显优于SiO_(2)-HMDS,有效提升了膜层与光学元件之间的结合强度。

溶胶-凝胶法制备SiO_(2)减反射薄膜及其耐久性

目的增加太阳光在太阳能电池玻璃盖板的透过率,以期提高太阳能电池的转换效率。方法以正硅酸乙酯为原料、乙醇为溶剂、氨水为催化剂,采用碱催化溶胶-凝胶浸渍提拉法,在玻璃表面制备了SiO_(2)减反射薄膜,研究了溶胶中正硅酸乙酯与乙醇物质的量比和提拉镀膜速度对SiO_(2)薄膜光学性质的影响,分析了减反射薄膜的耐久性。结果碱性溶胶制备的SiO_(2)为非晶相,采用浸渍提拉法在玻璃表面制备的薄膜结构疏松,且存在微裂纹。采用正硅酸乙酯与乙醇物质的量比为1∶20、提拉速度为500μm/s及正硅酸乙酯与乙醇物质的量比为1∶30、提拉速度为1000μm/s制备的SiO_(2)薄膜,折射率分别为1.35和1.33,厚度分别为101.11、102.63nm,最大透过率分别高于未镀膜玻璃6.57%和6.94%,在400~1100nm波长范围内的平均透过率分别高于未镀膜玻璃5.01%和5.34%,表明该薄膜具有优异的减反射性能。玻璃表面制备SiO_(2)薄膜后,水接触角约为5°,具有超亲水性。将未镀膜玻璃及镀膜样品在实验室放置5个月后,采用正硅酸乙酯与乙醇物质的量比为1∶20、提拉速度为500μm/s及正硅酸乙酯与乙醇物质的量比为1∶30、提拉速度为1000μm/s的制备SiO_(2)薄膜的最大透过率分别高于未镀膜玻璃7.50%和6.71%,在400~1100 nm波长范围内的平均透过率分别高于未镀膜玻璃5.94%和5.59%,表明SiO_(2)薄膜的减反射性能具有较好的耐久性。结论采用碱催化溶胶-凝胶法在玻璃上制备的SiO_(2)减反射薄膜具有超亲水性及优异的减反射耐久性,在太阳能电池玻璃盖板上具有潜在的应用价值。

五氧化二钒薄膜材料制备方法研究进展

由于V^(5+)的饱和氧化态,五氧化二钒成为钒体系中最稳定的氧化物。作为功能材料,五氧化二钒薄膜在众多科学领域有着巨大的应用潜力,因而受到越来越多的关注。这主要归功于其特殊的层状结构、高能量密度、良好的化学和热稳定性以及优异的光学和电学性能。五氧化二钒薄膜的制备方法很多,采用不同的实验方法在不同衬底上制备的五氧化二钒薄膜因化学成分和组织结构差异而造成其电学、光学性能也存在显著的差异。本文详细阐述了五氧化二钒薄膜现有的制备技术,并对五氧化二钒薄膜材料应用的发展趋势进行了展望,以期为五氧化二钒薄膜产业的发展提供参考。

抗高温液膜强化型泡沫凝胶研制及性能评价

针对常规泡沫在高温、高矿化度条件下稳定性差,无法满足哈拉哈塘油藏条件的问题,研制了一种稳定性较好的泡沫凝胶体系,并对其进行了稳定性及微观结构评价。其基础配方为:1.0%纳米材料+1.0%SAV333聚合物+0.6%醛类交联剂+0.4%酚类交联剂+1.5%APG0814-CHSB(2:1)。通过显微镜分析其稳定机理,泡沫凝胶增加了泡沫液相黏度及液膜厚度,泡沫凝胶体系的液膜厚度较泡沫体系增加了32%,大幅度降低泡沫析液速率,减缓消泡速度,进而提高泡沫的稳定性。本文为泡沫凝胶提高高温、高矿化度油藏水驱后剩余油的采收率提供理论依据及指导。

气凝胶薄膜材料的制备与应用研究进展

概述了用溶胶-凝胶法制备气凝胶薄膜的过程,重点介绍了各种薄膜成型工艺,如旋涂法、浸渍提拉法、喷涂法、浇铸法等。根据国内外相关研究报道,综述了近年来各类气凝胶薄膜在制备及应用方面所取得的突破性进展;同时指出,气凝胶薄膜材料的功能化基础研究体系还不够完善,在规模化实际应用方面亟待寻找成本低廉、便于生产的制备工艺。

巯基乙酸修饰的硫化镉量子点/聚醋酸乙烯酯凝胶指纹膜的辐射构建及其显现性能

指纹是警方鉴定识别罪犯身份的重要痕迹物证。硫化镉量子点(CdS QDs)是一种荧光标记的纳米材料,可以用于提高指纹的清晰度和分辨率。本文通过原位辐射还原法将巯基乙酸(TGA)成功修饰到CdS QDs上,将合成的TGA-CdS QDs与聚醋酸乙烯酯(PVAc)结合形成TGA-CdS QDs/PVAc凝胶指纹膜应用于指纹显现。利用傅里叶变换红外(FTIR)光谱、荧光光谱、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)等表征手段对TGACdS QDs的结构与性能进行表征与测试。探讨了温度、TGA-CdS QDs的浓度、pH以及PVAc凝胶指纹膜的质量分数对指纹显现效果的影响。结果表明,6 mg/mL TGA-CdS QDs溶液与20%PVAc凝胶指纹膜在室温(25℃)、pH为9.0的条件下组合,荧光显现的指纹纹路最清晰完整,分辨率最高。TGA-CdS QDs在碱性溶液中形成的羧酸根与黏附在PVAc凝胶膜上指纹残留物中氨基酸、蛋白质、油脂、尿素等成分紧密结合,在紫外线照射下,指纹纹路会以荧光的形式清晰显现出来。该指纹显现方法可以有效地应用于刑事侦查中。

薄荷精油乳液载量对凝胶膜制备及其缓释性能的影响

本文通过高压均质法制备了β-环糊精稳定的薄荷精油Pickering乳液,将该乳液加入壳聚糖溶液流延制备负载精油的凝胶膜,研究薄荷精油载量对凝胶膜性能的影响。结果表明,环糊精稳定薄荷精油Pickering乳液由油滴堆积于外水相而成,粒径89 nm、Zeta电位-32.5mV,对外界振荡有很好稳定性。将乳液加入壳聚糖溶液制膜,油滴分散度良好,无油析现象发生。随着薄荷精油载量的增加,凝胶膜透明度下降、黄色色度增加,膜吸湿性和水蒸气透过性有不同程度降低;薄荷精油乳液的添加可显著提高凝胶膜的拉伸强度,但柔韧性有所下降;顶空浓度测定表明负载薄荷精油的凝胶膜具有缓释薄荷精油的特性。

MXene/石墨烯复合材料的研究进展

随着对MXene和石墨烯的研究,发现它们在电学、储能、力学和光学领域等方面都有重要的应用前景。本文综述了当前MXene/石墨烯复合材料的研究进展,重点介绍了MXene/石墨烯复合凝胶、薄膜、纤维的制备,从简单复合到通过引入其他组分来改善MXene和石墨烯所固有的缺点,解决了MXene的弱凝胶化问题、氧化石墨烯机械强度不足、低导电性等问题,从而提高了复合材料的性能,以便能够在实际使用过程中达到最佳性能。同时介绍了复合材料在传感器、可穿戴设备、电磁屏蔽、超级电容器、航空航天以及生物检测器中的应用及未来发展的可行性。最后,对MXene/石墨烯的复合材料未来发展提出展望。

易回收型光催化剂的研究进展

光催化技术因其在能源转换和环境治理中的应用潜力而备受关注。然而,传统粉末状光催化剂存在光吸收能力有限、光生载流子分离困难、催化剂难以回收利用等缺点,阻碍了光催化技术的广泛应用。为满足工程应用需求,催化剂需具备结构稳定、机械强度和易回收等特性,而成型制备技术可实现此目标。通过特定的成型制备技术,催化剂可获得特定形状和结构,提高光吸收性能,进而增强光催化反应的活性和效率;此外,还可以赋予催化剂良好的结构稳定性和机械强度,能够长期稳定运行。催化剂的易回收特性有助于降低成本、提高可持续性。本文综述了易回收型光催化剂的成型制备技术和应用进展,分析了当前面临的挑战,为光催化技术的实际应用提供借鉴。

ZnO/GO复合薄膜电极的制备及其耐腐蚀性能

本文利用溶胶-凝胶法制备了氧化锌/氧化石墨烯(GO)复合薄膜材料。通过扫描电子显微镜发现复合薄膜中的GO颗粒之间无明显间隙,致密性良好。由傅里叶红外光谱测试证实GO在氧化锌薄膜中成功掺杂。通过阳极极化测试发现,相比于氧化锌薄膜,ZnO/GO复合薄膜的腐蚀电位值正移,腐蚀电流密度值减小。交流阻抗测试说明,GO的掺杂提高了复合薄膜的耐腐蚀性能,经450℃退火的薄膜样品耐腐蚀性能最佳。线性扫描伏安曲线表明,ZnO/GO复合薄膜的电流密度高于ZnO薄膜,说明ZnO的复合提高了薄膜材料的电催化活性。

Al_(2)O_(3)-Ce_(2)O_(3)复合薄膜对304不锈钢抗高温氧化性能的影响

为提高304不锈钢的抗高温氧化性能,采用溶胶-凝胶法以异丙醇铝和CeCl_3·7H_(2)O为原料,在304不锈钢表面分别制备了Al_(2)O_(3)薄膜和Al_(2)O_(3)-Ce_(2)O_(3)复合薄膜,通过氧化动力学曲线、XRD、SEM和EDS分析,研究了不同Ce/Al比例(摩尔比,下同)的Al_(2)O_(3)-Ce_(2)O_(3)复合薄膜对304不锈钢900℃抗高温氧化性能的影响。结果表明,涂覆Ce∶Al=1∶10的薄膜试样在900℃循环氧化100 h后的氧化增重与氧化剥落量仅为未涂覆试样的34.1%和51.8%,抗高温氧化性能最佳。Al_(2)O_(3)-Ce_(2)O_(3)复合薄膜降低了304不锈钢基体表面的氧分压,有利于生成保护性的Cr_2O_(3)氧化层,有效抑制了Cr_2O_(3)的挥发;添加Ce_(2)O_(3)降低了氧化层中的热应力,提高了其附着力;Ce_(2)O_(3)起到了活性元素效应,改变了氧化膜的生长机制,因此显著提高了不锈钢的抗高温氧化性能。

GaAs太阳电池中减反射薄膜的梯度折射率调控

使用溶胶凝胶法制备了TiO_(2)和SiO_(2)两种材料,结合梯度折射率的结构设计将不同比例的TiO_(2)/SiO_(2)沉积在GaAs太阳能电池上实现宽带减反射效果,最终制备的6层减反射薄膜在200~1 800 nm的波长范围内平均反射率为8.7%,同时确定了300℃的退火温度和1 000μm/s的提拉速度为制备薄膜的最佳工艺条件.

改性硅胶作为PAO-10润滑添加剂摩擦学性能研究

目的合成4种改性硅胶,并将其作为PAO-10的润滑油添加剂,考察其摩擦学性能,并对润滑机理进行分析。方法采用棕榈酰氯对不同目数的普通硅胶进行改性,形成长烃链酰胺官能团,并通过傅里叶红外光谱仪对其结构进行确认。进一步通过摩擦磨损试验机和三维轮廓仪对润滑体系的摩擦学性能进行表征,采用接触角、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线光电子能谱(XPS)对润滑机理进行研究。结果该系列改性硅胶添加剂极大改善了PAO-10的摩擦学性能。当向PAO-10中添加1.0%的改性硅胶S_(200~300)PMAD后,PAO-10的摩擦系数降低了60%,磨损体积降低了74%。结论摩擦副表面形成一定厚度的物理吸附膜层和含Fe_(2)O_(3)的化学反应膜层,二者共同提升了润滑体系的摩擦学性能,改性硅胶上附着的烷基链和活性杂原子是形成该保护膜的重要原因。

N-Ag共掺杂二氧化钛及光催化降解聚氯乙烯薄膜

使用钛酸四丁酯、尿素、硝酸银等作原料,用溶胶-凝胶的方法制备了不同浓度N和Ag掺杂二氧化钛(TiO_(2))光催化剂。采用红外光谱(FT-IR)、紫外可见漫反射(DRS)和光电子能谱(XPS)的测试方法对TiO_(2)和聚氯乙烯(PVC)薄膜的结构、化学成分以及光学性质进行了表征。把PVC薄膜作为目标降解物,使用紫外灯为光源,研究改性后的TiO_(2)在紫外光照射下的光催化活性。结果表明,N、Ag可有效提高TiO_(2)可见光光催化活性,最佳掺杂比n(Ag)∶n(Ti)=0.3%,n(N)∶n(Ti)=20%,对PVC薄膜的降解效果最好,降解率可达29.37%。

浓度梯度掺杂实现BiFeO_(3)薄膜自极化

BiFeO_(3)是一种非常有前途的无铅铁电材料,与大多数传统铁电材料相比,它具有更大的极化和更高的居里温度,为高温应用提供了可能。受到衬底强烈的夹持效应、较大的矫顽场和漏电流的影响,BiFeO_(3)薄膜难以被极化。自极化是解决这一问题的可行方法。本研究采用溶胶-凝胶法在Pt(111)/Ti/SiO_(2)/Si衬底上生长了BiFeO_(3)薄膜,向上梯度薄膜(从衬底BiFeO_(3)过渡到薄膜表面Bi_(0.80)Ca_(0.20)FeO_(2.90))以及向下梯度薄膜(从衬底Bi_(0.80)Ca_(0.20)FeO_(2.90)过渡到薄膜表面BiFeO_(3))。通过细致地调控薄膜内部缺陷的定向分布形成内置电场,从而导致薄膜具有自极化特性。压电力显微镜结果表明:在BiFeO_(3)薄膜中,Ca的梯度方向可以调控自极化的方向。此外,类似二极管的单向导通特性验证了薄膜的自极化是由Ca的浓度梯度掺杂导致。X射线光电子能谱结果表明,氧空位的梯度分布导致的内置电场可能是造成自极化现象的原因。本研究为实现铁电薄膜的自极化提供了一种新的策略,并在以自极化的内置电场为驱动,提高光伏或光敏器件性能方面具有潜在的应用前景。

交联密度对五层共挤输液用膜性能的影响

目的 分析不同交联密度对五层共挤输液用膜性能的影响。方法 采用不同辐照条件,制得不同交联密度的五层共挤输液用膜样品,通过考察拉伸性能、热合性能、透光率、pH值等指标,分析不同交联密度对五层共挤输液用膜物理性能、化学性能、使用性能等方面的影响。结果 随着交联密度的增加,五层共挤输液用膜的力学性能、光学性能和热合性能均有一定程度的提升,当凝胶含量达到60%以上时,五层共挤输液用膜性能更为优异。结论 确定合适的辐照工艺对五层共挤输液用膜性能十分重要。

基于ZrO_(2)-SiO_(2)和介孔SiO_(2)凝胶膜制备可见光区双层减反射膜

采用溶胶-凝胶法,以正丙醇锆、正硅酸四乙酯为原料,在乙醇体系中以原位混合方式成功制备ZrO_(2)-SiO_(2)混合溶胶,Zr摩尔分数为20%~80%。在熔融石英基底上镀制混合凝胶膜,所得ZrO_(2)-SiO_(2)薄膜折射率在1.55~1.75之间可调。以有序介孔SiO_(2)薄膜为外层,选择与之匹配的ZrO_(2)-SiO_(2)薄膜为内层,构建λ/4~λ/2双层宽谱带减反射涂层。根据实际膜层的光学常数进行双层膜的优化设计,成功制备出在可见光区平均透射率达到99.17%的双层减反射薄膜。

退火温度对溶胶-凝胶法氧化钨薄膜电致变色性能的影响

电致变色是指在外加电场的作用下电解质中离子嵌入材料中,使得材料本身光学特性发生变化的现象。电致变色材料被用于建筑隔热、装饰、信息显示等场景。氧化钨(WO_(3))作为一种被广泛研究的无机电致变色材料,虽其储量丰富,但受制于苛刻的制备工艺,以及透明导电基底的昂贵价格,在光热调控场景中很少大面积使用无机电致变色薄膜。基于此,采用溶胶-凝胶法(Sol-gel),通过改变退火温度制备了结晶态和非晶态的氧化钨(WO_(3))薄膜,同时探索了不同退火温度对其电致变色性能的影响。实验结果表明,随着退火温度(200、250、300和350℃)的增加,薄膜由非晶态逐渐转变为结晶态,且薄膜内部结构趋于致密化。在退火温度200℃下,薄膜呈现出最佳的电致变色性能及良好的反应可逆性,在1 mol·L^(-1)的AlCl3溶液中电压为-0.5 V时,薄膜在633 nm处的光学对比度为79%;而在250、300和350℃退火温度下,随着薄膜内部结构趋向于致密,当施加正向电压时嵌入的离子无法在短时间内脱离出来,使得薄膜的光学性质难以回复到初始的状态,造成着色褪色响应速度下降,导致光学对比度不同程度的降低,在633 nm处的光学对比度分别为39.1%、23.7%和46.1%。其中,350℃退火的样品在光学对比度上呈现差异化,这归因于薄膜结晶,细微的晶界提供了较多的反应位点。本研究提供了一种简易的、低成本的制备WO_(3)薄膜的方法,为大面积应用电致变色材料提供了理论参考。

矿用汽雾凝胶材料的制备及性能研究

针对现有采空区堵漏材料不能雾化随风流运移,难以进行精准堵漏的问题,提出一种凝胶材料制备方法,以丙烯酸(AA)为原料制备可控低分子量的聚丙烯酸钠(PAAS),然后与聚乙烯醇(PVA)制备PAAS-PVA汽雾凝胶,并对制备成型的材料进行雾化性、保水率和力学性能测试,确定汽雾凝胶最佳配比及性能。实验结果表明:丙烯酸、引发剂、链转移剂和交联剂用量浓度依次为25%、0.6%、2%和0.6%,反应温度60℃,反应时间2h,制备出最佳PAAS粘均分子量2 951,转化率99.59%;汽雾凝胶中PAAS与PVA的最佳质量比为3:2,凝胶可使用喷枪雾化喷出,保水率是单纯喷洒水的3倍多;汽雾凝胶失水后成膜,力学性能得到提升,拉伸断裂伸长率超过300%,能够跟随矿山来压而发生形变,具有良好的随风运移成膜堵漏功能。

氧化石墨烯增强海藻酸钠——金刚石膜片机械强度研究

利用溶胶-凝胶(SG)技术制备氧化石墨烯增强的海藻酸钠-金刚石膜片。采用光学显微镜、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)等对膜片进行了研究,通过电子万能试验机对膜片的机械强度进行了测量,并分析了膜片拉伸样条的断口形貌。结果表明,金刚石粉末、海藻酸钠和氧化石墨烯能够混合在一起;当氧化石墨烯的浓度为0.05wt.%时,加入氧化石墨烯的海藻酸钠-金刚石膜片的拉伸强度比纯海藻酸钠-金刚石膜片提高了63.13%;对于未加入石墨烯的膜片断口出现毛糙分层现象,而加入石墨烯的膜片断口呈现较为整齐的断面。