玻璃表面化学刻蚀及对镀膜的影响研究

作     者：王琦 

作者单位：海南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：姜宏

授予年度：2020年

学科分类：080706[工学-化工过程机械] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：玻璃表面 化学刻蚀 纳米多孔 微米凹坑 镀膜处理 

摘      要：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 O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(CHFOSi)的疏水性能,在玻璃表面的纳米多孔结构上进行修饰,制备出疏水膜层。采用SEM、EDS、FT-IR等测试手段对增透疏水玻璃进行了表征,结果表明,表面纳米多孔结构层能有效提高玻璃的可见光透过率。经过疏水镀膜处理后,多孔纳米表面比光滑的玻璃原片表面能接枝更多的含氟有机官能团,水接触角也较原片得到了明显提高。测试结果表明,经过了耐酸、耐碱、耐紫外老化模拟实验后,增透疏水玻璃可见光透过、水接触角并不会发生明显下降。第二部分将玻璃在以HF为主要刻蚀酸的酸性溶液下,经过化学刻蚀在表面得到微米级凹坑结构。微米级凹坑在玻璃表面形成“陷光结构使玻璃的可见光透过率有了0.7%的略微提升,凹凸不平的形貌使玻璃表面较普通玻璃原片的表面积、粗糙度都得到了提高。因此,在凹凸不平的玻璃表面镀制具有光催化功能的Ti O薄膜,以提高膜层的使用性能。采用AFM、紫外分光光度计、划痕测试仪等测试手段对具有微米凹坑结构的玻璃表面与镀膜后膜层性能进行了表征。测试结果表明,微米凹坑可增大膜面积进而提高膜层的催化速率,并且使表面粗糙度的增大,产生的机械作用利于膜层与玻璃表面的结合,将Ti O薄膜与玻璃之间的结合力提高了约一倍。