树枝状二氧化硅纳米粒子的可控制备及其用来构筑减反自清洁涂层

The common glass has the disadvantages of high surface reflectance, low transmittance, fogging, contamination, etc, thus it is of great significance to fabricate the self-cleaning glass with high transmittance, anti-reflection, high durability and anti-fogging. However, the study of the multifunctional glass is still in its infancy stage. This project aims to develop facile synthesis methods to fabricate dendrimer-like silica nanoparticles with tunable particle sizes and center-radial pore sizes by simple one-pot reaction. Due to large pore sizes, high porosity and high surface roughness, this nanoparticles may be employed as an ideal building blocks to construct the particle coatings on the glass surface. The thickness and refractive index of coatings and the surface rougness of coating can be controlled by regulating the structures and sizes of dendrimer-like silica nanoparticles. Therefore, followed by post-treatment, it is highly expected to achieve the construction of self-cleaning glass with high transmittance, anti-reflection, anti-fogging and high durability via a simple, effective, environment-friendly method. The multifunctional glass has wide and promising prospect in industrial and daily life application, thus the study and production have significant meaning and value.

在日常生产和生活中普通玻璃存在表面光反射、低透光率、易雾化、易污染等缺点，因此迫切需要制备出具有良好透光率、较低反射率、高耐久性、防止雾化和自清洁性能的玻璃。然而目前对同时具有这些性能的玻璃的设计和研究还处于初级研发阶段。本项目拟设计合成一系列新颖的具有树枝状结构的二氧化硅纳米粒子，并实现对粒子结构和尺寸的可控制备。和传统的介孔粒子相比，这种粒子具有大尺寸的中心辐射状孔道、高的孔隙率和高的粒子表面粗糙度等结构优势。利用这种粒子作为结构单元在玻璃基底表面构筑多功能纳米粒子涂层，通过调控粒子的结构和尺寸，可以对纳米粒子涂层的厚度、折射率（孔隙率）和涂层表面的粗糙度进行有效调控，进一步经过后处理改性，期待简单高效的制备出同时具有在宽波段范围内减反增透、超亲水防雾或超疏水自清洁且较高的耐久性能的纳米粒子涂层。这种多功能玻璃具有广阔的市场前景，其研究和生产具有非常重要的社会意义和经济价值。

由于普通玻璃具有镜面反射、低透光率、易雾化、易污染等缺点，因此制备具有良好透光率、较低反射率、高耐久性、防止雾化和自清洁性能的玻璃在日常的生产和生活中是非常迫切需要。然而目前对同时具有这些性能的玻璃的设计和研究还处于初级研发阶段。本项目创造性的采用树枝状多孔二氧化硅纳米粒子作为结构单元，和传统的介孔粒子相比，这种新颖的粒子具有较大的中心辐射状孔道尺寸、高的孔隙率和高的粒子表面粗糙度等结构优势，构筑的多种纳米涂层均展现出优良的性能。首先，采用乙醚动态乳液的方法和双表面活性剂诱导法，实现了树枝状多孔二氧化硅纳米粒子的粒子尺寸和孔道尺寸的结构调控。然后，通过巧妙设计，制备了多种功能纳米涂层：（1）利用实心二氧化硅小粒子作为底层，树枝状粒子作为表面层，经过疏水处理，制备出增透5%的超疏水自清洁纳米涂层；（2）利用酸性溶胶液和树枝状粒子，经过硅烷气相处理来交联粒子，高温煅烧后，制备出具有较好牢固性的、增透5%的、超亲水防雾的纳米涂层；（3）在树枝状粒子表面负载纳米银粒子，通过有机气体处理，促使树枝状粒子在有机玻璃中的部分包埋，制备出了具有良好牢固性的、增透4%的、抗菌的纳米涂层；（4）考察了树枝状粒子结构对涂层性能的影响，实验结果表明：小于120纳米的树枝状多孔粒子更有助于提高减反增透性能，树枝状粒子表面越粗糙，接触角越小，表明通过调控粒子的结构和尺寸可以对纳米粒子涂层的厚度、折射率（孔隙率）和涂层表面的粗糙度进行有效调控，从而调控涂层的性能。这种多功能纳米涂层玻璃具有广阔的市场前景，其研究和生产具有非常重要的社会意义和经济价值。共发表论文16篇，其中SCI收录16篇；申请专利4项，授权2项。