本发明专利技术公开一种棒状纳米二氧化硅水溶胶的制备方法及应用，将球状纳米二氧化硅水溶胶稀释至质量百分浓度3%-4%，加入硝酸镧或硝酸铽水溶液作为转晶催化剂，控制催化剂与二氧化硅摩尔比0.001-0.005:1，用氢氧化钠溶液调节球状二氧化硅水溶胶至pH8.0-8.5，在70-103℃下水热处理1-36h，得到质量百分浓度4.5%-5.5%，以La(OH)3或Tb(OH)3为晶核的碱性棒状纳米二氧化硅水溶胶，进一步用强酸性阳离子交换树脂处理，得到pH2.0-2.5的酸性棒状纳米二氧化硅水溶胶。将其提拉或辊涂在玻璃表面，膜面光滑致密平整，耐磨性和附着力强，干燥和钢化处理时膜层无开裂，具有良好的耐久性，可作为太阳电池减反射、自清洁或光转换功能涂料的基本组分。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种贮存稳定性好和镀膜层无应力开裂的的棒状纳米二氧化硅水溶 胶的制备方法及作为太阳电池玻璃减反射镀膜液的应用，属于无机化工和新材料领域。
技术介绍
若在晶体硅太阳电池玻璃盖板表面涂覆一层100_200nm厚度的二氧化硅减反射 膜，可增加太阳光谱中可见光透过率2. 5%-3. 5% ;若在二氧化硅减反射膜层中添加自清洁 组分，可以减少灰尘遮挡5%-20%，稳定太阳电池发电效率；若在二氧化硅减反射膜层中添 加光转换组分，可以提高太阳光谱中紫外光或红外光的利用率5%-30%，显著提高太阳电池 发电效率。采用涂覆纳米二氧化硅水溶胶的镀膜玻璃是一种简便和经济的提高晶体硅太阳 电池发电效率的方法。太阳能电池发电效率在实际应用中逐年降低，这是因为太阳电池在 露天环境下使用，镀膜玻璃要经受日光曝晒、酸雨冲刷、冷热冲击、沙尘、冰雹、海洋恶劣气 候等环境因素的影响，在进行清洗、维修等日常维护时玻璃膜层也容易受到机械磨损，导致 太阳光透过率降低。纳米二氧化娃膜层的抗湿热老化、抗湿冻老化、抗盐雾老化、抗紫外老 化等耐久性能已成为镀膜玻璃的关键性技术指标。目前国内太阳电池玻璃镀膜液基本组分是市售或企业自制的球状纳米二氧化硅 水溶胶，通常采用硅酸钠离子交换法、硅粉水解法和正硅酸乙酯水解法制备，工业应用中普 遍存在膜层开裂现象，导致太阳电池镀膜玻璃的耐久性能不达标。主要原因是在高温和高 湿环境中，玻璃中硅酸钠组分水解析出硅酸凝胶和氢氧化钠，黏附的硅酸凝胶遮挡光线，处 于膜层裂缝中的氢氧化钠进一步加剧玻璃基体和膜层的腐蚀，导致镀膜玻璃透光率快速下 降，所以，提高膜层致密性和防止膜层开裂，是提高镀膜玻璃耐久性能的关键。 为提高镀膜玻璃耐久性能，荷兰DSM公司专利CN103080254 (2013-05-01)公开一 种无机氧化物涂层，采用纳米二氧化硅和纳米稀土氧化物为基本组分，可以提高膜层致密 性和耐久性，但未公开具体制备方法。 为抑制太阳电池玻璃上的二氧化硅镀膜层开裂，文献报道的主要措施包括在球 状二氧化硅水溶胶中添加高沸点溶剂、高分子聚合物或控制膜层干燥温度和湿度，但实 际应用中这些方法不易把握，改进效果也不明显。美国3M创新公司专利US20100035039 (2010-01-11)最早公开采用棒状纳米二氧化硅水溶胶作为太阳电池玻璃镀膜液基本组分， 其棒状纳米二氧化娃水溶胶由日本NissanChemicalIndustries公司生产。美国专利 US5597512 (1997-01-28)公开了棒状纳米二氧化硅水溶胶的制备方法，以微量钙或镁离子 为转晶催化剂，在碱性条件下水热处理球状纳米二氧化硅水溶胶使其转晶为棒状纳米二氧 化硅水溶胶，该方法水热处理的控制条件极为苛刻，经常发生纳米二氧化硅水溶胶的凝胶 现象。
技术实现思路
针对钙或镁离子为转晶催化剂制备棒状纳米二氧化硅水溶胶时存在的工艺条件 苛刻的问题，专利技术人在长期研宄中发现，在微量镧或铽离子存在和碱性条件下，球状纳米二 氧化硅水溶胶水热处理后能转晶为以棒状La(OH) 3或Tb(OH) 3纳米粒子为晶核的棒状纳米 二氧化硅水溶胶，其在玻璃表面形成的二氧化硅膜层光滑致密平整，耐磨性和附着力强，棒 状纳米二氧化硅膜层在干燥或烧结过程中的无开裂问题，膜层不仅透光率高，而且能有效 阻隔水汽和化学品水解玻璃基体，可大大提高镀膜玻璃的耐久性能。 本专利技术目的是提供一种棒状纳米二氧化硅水溶胶的的制备方法，采用的技术方案 和具体步骤为： (1) 在带搅拌的玻璃反应器中先后加入质量百分浓度93%的乙醇，去离子水，质量百分 浓度25%的浓氨水和正硅酸乙酯，控制原料投料时体积百分比为：93%乙醇：去离子水：25% 浓氨水：正娃酸乙酯=3-4 :1-2 :0. 003-0. 03 :1，在室温下进行水解反应12-48h，使正娃酸 乙酯完全水解，水解完成液PH8. 5-9. 3 ; (2) 向正硅酸乙酯水解液中加入去离子水，转入带刺形分馏柱的玻璃蒸馏塔中，蒸馏出 乙醇水溶液，冷却后得到质量百分浓度5%的球状二氧化硅水溶胶，其pH7. 5-8. 5 ; (3) 将球状纳米二氧化硅水溶胶稀释至质量百分浓度3%-4%，加入硝酸镧或硝酸铽水 溶液作为转晶催化剂，控制催化剂与二氧化硅摩尔比〇. 001-0. 005:1，继续搅拌0. 5-2h，使 La3+或Tb3+离子全部为球状纳米二氧化硅水溶胶粒子所吸附； (4) 用质量百分浓度2%的氢氧化钠溶液调节球状纳米二氧化硅水溶胶至pH8. 0-8. 5， 使吸附的La3+或Tb3+离子原位水解生成表面带正电荷的棒状La(OH) 3或Tb(OH) 3纳米粒子； (5) 将吸附棒状La(OH) 3或Tb(OH) 3纳米粒子的球状纳米二氧化硅水溶胶在70-103°C 下水热处理l_36h，同时蒸发浓缩水溶胶，带正电荷的棒状La(OH) 3或Tb(OH) 3纳米粒子吸 引体系中的球状纳米二氧化硅粒子在其上聚集和结晶，得到质量百分浓度4. 5%-5. 5%，以棒 状La(OH) 3或Tb(OH) 3纳米粒子为晶核的pH8. 0-8. 5的碱性棒状纳米二氧化硅水溶胶； (6) 碱性棒状纳米二氧化硅水溶胶通过强酸性阳离子交换树脂柱脱除钠离子，再加入 质量百分浓度〇. 〇〇1%_〇. 01%的水杨酸作为酸度稳定剂和防霉剂，得到PHI. 8-2. 5的酸性棒 状纳米二氧化硅水溶胶，棒状纳米粒子直径20-30nm，棒状纳米粒子长度40-100nm，常温下 可稳定贮存12个月。 本专利技术的另一目的是将棒状纳米二氧化硅水溶胶作为太阳能电池玻璃减反射镀 膜液应用，以提高太阳电池玻璃耐久性和透光率，具体步骤为： (1) 将棒状纳米二氧化硅水溶胶过滤后加入三辊镀膜机中，棒状纳米二氧化硅水溶胶 均匀地附着在涂布辊上，调整镀膜机转速，控制湿膜厚度1500-2000nm; (2) 将棒状纳米二氧化硅水溶胶辊涂在清洁干燥的太阳电池玻璃样片上，经80-150°C 分段加热固化3-6分钟，得到泛蓝紫色的太阳电池镀膜玻璃； (3) 优化调节三辊镀膜机的镀膜工艺参数，使太阳电池镀膜玻璃的干膜厚度控制在 140-180nm，测得镀膜前后玻璃透光率分别为91. 4%-91. 6%和94. 2%-94. 7%; (4) 将太阳电池镀膜玻璃样片在500-720°C钢化炉中钢化处理3-6分钟，将膜层烧结在 玻璃表面，镀膜玻璃透光率94. 5%-95. 0%，铅笔硬度6H，耐久性能达到IEC61215标准规定。 棒状或球状纳米二氧化硅水溶胶粒子形貌用日立S-4800扫描电子显微镜观察， 也能通过观察纳米二氧化硅水溶胶贮存过程产生的大结晶粒子形貌推断。 棒状或球状纳米二氧化硅水溶胶贮存期以能够得到光滑平整膜层的存放时间确 定。 膜层厚度用美国filmtrics公司产F20型薄膜厚度测定仪测定，设计膜层厚度 140_180nm。 透光率依据ISO9050-2003,采用PerkinElmer公司产Lambda950分光光度计，测 试250nm-lIOOnm波长范围的透光率，取4个不同位置透光率的平均值。 盐雾老化依据IEC61215标准，将样品放入35°C盐雾老化箱中，用5%氯化钠溶液 喷雾本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种棒状纳米二氧化硅水溶胶的制备方法，其特征在于包括以下制备过程：（1）将球状纳米二氧化硅水溶胶稀释至质量百分浓度3%‑4%，加入硝酸镧或硝酸铽水溶液作为转晶催化剂，控制催化剂与二氧化硅摩尔比0.001‑0.005:1，继续搅拌0.5‑2h，使La3+或Tb3+离子全部为球状纳米二氧化硅水溶胶粒子所吸附；（2）用质量百分浓度2%的氢氧化钠溶液调节球状纳米二氧化硅水溶胶至pH8.0‑8.5，使吸附的La3+或Tb3+离子原位水解生成表面带正电荷的棒状La(OH)3或Tb(OH)3纳米粒子；（3）将吸附棒状La(OH)3或Tb(OH)3纳米粒子的球状纳米二氧化硅水溶胶在70‑103℃下水热处理1‑36h，同时蒸发浓缩水溶胶，带正电荷的棒状La(OH)3或Tb(OH)3纳米粒子吸引体系中的球状纳米二氧化硅粒子在其上聚集和结晶，得到质量百分浓度4.5%‑5.5%，以棒状La(OH)3或Tb(OH)3纳米粒子为晶核的pH8.0‑8.5的碱性棒状纳米二氧化硅水溶胶；（4）碱性棒状纳米二氧化硅水溶胶通过强酸性阳离子交换树脂柱脱除钠离子，再加入质量百分浓度0.001%‑0.01%的水杨酸作为酸度稳定剂和防霉剂，得到pH1.8‑2.5的酸性棒状纳米二氧化硅水溶胶，棒状纳米粒子直径20‑30nm，棒状纳米粒子长度40‑100nm，常温下可稳定贮存12个月。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李建生，刘炳光，王韬，
申请(专利权)人：天津市职业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12
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