一种耐辐照光学玻璃及其制备方法与流程

本发明涉及光学玻璃，具体是一种耐辐照光学玻璃及其制备方法。

背景技术：

1、玻璃由于其较好的热膨胀性能、较高的机械性能得到广泛的研究和利用，已经成为光学元器件、电子工业、日常生活、尖端技术产品中一种不可缺少的原料。随着社会的发展，对应用于航天、国防领域的光学玻璃材料的性能要求越来越高，如作为太阳能电池组件中的玻璃盖片、射线管、罩玻璃使用时，需要光学玻璃具有机械强度高、化学稳定性好、耐热冲击性能优良等优点，而基础组分和网络结构决定了其相应的物化性能，普通玻璃材料结构中存在的缺陷在高能射线和粒子的辐射和轰击下，会产生一定量的自由电子和空穴，结合会形成吸收光线的色心，使玻璃变成褐色甚至黑色，使玻璃的透过率大幅降低。

2、而中国太阳能电池组件产能占全球的七成以上，因此同时提高光学玻璃的耐辐照性、减反射性、耐磨性具有现实意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种耐辐照光学玻璃及其制备方法，以解决现有技术中的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

3、一种耐辐照光学玻璃的制备方法，包括以下步骤：

4、s1：将玻璃基底原料研磨混合，升温熔制，将熔制的高温玻璃液倾倒至预先加热的石墨模具中，浇铸成型，退火处理，得到玻璃基底；

5、s2：将玻璃基底依次浸泡于去离子水、无水乙醇中，在hf溶液中浸泡2-5s，取出用去离子水、无水乙醇冲洗，干燥后备用；

6、s3：将树莓状二氧化硅复合二氧化钛纳米粒子、金纳米星复合二氧化钛、蒸馏水、无水乙醇混合，超声搅拌，得到复合二氧化钛浆料；

7、s4：在干燥后玻璃基底上涂覆复合二氧化钛浆料，干燥后形成减反射层；

8、s5：将树莓状二氧化硅复合二氧化钛纳米粒子、蒸馏水、无水乙醇混合，加入二苯基甲烷二异氰酸酯微波混合，加入聚四亚甲基醚二对氨基苯甲酸酯，搅拌，得到防护涂料；

9、s6：在减反射层上涂覆防护涂料，形成防护层，固化，干燥后得到一种耐辐照光学玻璃。

10、进一步的，以摩尔分数计，玻璃基底原料的组成为：二氧化硅62-63份、三氧化二铝14-15份、五氧化二磷2-2.5份、氧化镁4-4.5份、二氧化锡0.05-0.1份、二氧化钛0.01-0.02份、氧化锂8.2-8.4份、氧化钠8-8.5份。

11、进一步的，升温熔制的工作条件为：以5℃/min的升温速率在硅钼棒高温炉中分阶段加热至1650℃保温3h；退火处理的工作条件为：在550℃下退火2h。

12、进一步的，树莓状二氧化硅复合二氧化钛纳米粒子、金纳米星复合二氧化钛、蒸馏水、无水乙醇的质量体积比为2g：2g：15ml：15ml。

13、进一步的，二苯基甲烷二异氰酸酯、聚四亚甲基醚二对氨基苯甲酸酯的质量比为1： 4.58。

14、进一步的，树莓状二氧化硅复合二氧化钛纳米粒子的制备包括以下步骤：

15、(1)将正硅酸乙酯、乙醇、去离子水、氨水混合，在30℃下搅拌2h，在25℃下保温6d，110℃回流24h，得到二氧化硅溶胶；

16、(2)钛酸四丁酯、去离子水、盐酸、乙醇混合，在30℃下持续搅拌2h，25℃陈化 6d，得到二氧化钛溶胶；

17、(3)将二氧化硅溶胶用无水乙醇稀释至二氧化硅质量分数为1.2％，加入四甲基二硅氮烷，得到改性二氧化硅溶胶；将二氧化钛溶胶用无水乙醇稀释至二氧化钛质量分数为1.2％，加入γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，30℃下反应2h，25℃下陈化3d，得到改性二氧化钛溶胶；

18、(4)将改性二氧化硅溶胶、3-氨丙基三乙氧基硅烷混合，25-30℃下反应5-6h，加入改性二氧化钛溶胶，搅拌反应2h，25℃下陈化3d，得到树莓状二氧化硅复合二氧化钛纳米粒子。

19、进一步的，金纳米星复合二氧化钛的制备包括以下步骤：

20、将十六烷基三甲基溴化铵、氯金酸溶液混合，在28℃搅拌下加入硼氢化钠，搅拌2-3min，静置3h，得到种子溶液；将种子溶液、十六烷基三甲基溴化铵、氯金酸溶液、硝酸银混合，搅拌下加入抗坏血酸至溶液变为无色，加入氢氧化钠溶液，搅拌20-30min，在 25-28℃下静置5h，洗涤并烘干，得到金纳米星；将金纳米星、去离子水混合，加入十六烷基三甲基溴化铵、氢氧化钠，搅拌条件下加入双(乙酰丙酮基)二异丙基钛酸酯的甲醇溶液，搅拌2-3h，洗涤、烘干，得到金纳米星复合二氧化钛。

21、进一步的，双(乙酰丙酮基)二异丙基钛酸酯的甲醇溶液中双(乙酰丙酮基)二异丙基钛酸酯、甲醇的体积比为1：100。

22、进一步的，微波混合的工作条件为：温度110-120℃，功率110-135w，时间20-30min。

23、本发明的有益效果：

24、本发明提供一种耐辐照光学玻璃及其制备方法，制备一种具有低热膨胀的锂铝硅玻璃作为玻璃基底，在玻璃基底表面进行纳米双成膜涂层的设计，在保障光学玻璃材料自身性能的同时，使光学玻璃兼具增透减反性、高效光催化自清洁性以及防雾性。

25、通过高温熔融法制备低膨胀锂铝硅玻璃，通过调整配料成分与退火温度，解决玻璃组分中li2o含量较低时，玻璃配合料粘度高、熔制效果差、热膨胀系数增大等问题；本发明通过混合碱金属氧化物作为玻璃结构中的网络修饰体，通过控制氧化锂与氧化钠的含量，降低玻璃的生产成本的同时，制备稳定性更高的锂铝硅玻璃作为光学玻璃基底。

26、纳米双成膜涂层中包括减反射层与防护层；通过减反射层与防护层中原料的成分与工艺的调整，引入纳米多孔结构来降低多层减反射的折射系数，从而增强光学玻璃的增透减反效果；

27、减反射层与防护层中均引入树莓状二氧化硅复合二氧化钛纳米粒子，先制备粒径为 70nm的二氧化硅粒子，粒径为5nm的二氧化钛粒子，使用3-氨丙基三乙氧基硅烷与γ-缩水甘油醚氧丙基三乙氧基硅烷对2种纳米粒子进行表面改性，粒径较小的二氧化钛纳米粒子通过表面基团的反应均匀地包覆在粒径较大的二氧化硅纳米粒子表面形成树莓形的复合结构，较高地保留玻璃基底的透过率，在紫外辐照条件下具有光催化自清洁功能；

28、二氧化钛具有较宽的禁带宽度3.2ev、对太阳光的利用效率较低及光生电子-空穴易于复合会制约其光催化活性，因此减反射层中用金纳米星(auns)修饰树莓状二氧化硅复合二氧化钛纳米粒子，有效提高其光催化活性，因为金纳米星尖峰周围局部能够产生极大的电磁场，能够有效增加金纳米星与二氧化钛界面的热电子数量，且auns的等离子体作用，能够将二氧化钛的吸收光谱拓展到可见光区域，从而大幅提高光学玻璃的光催化自清洁性；

29、在防护层中通过预聚物法用二苯基甲烷二异氰酸酯与聚四亚甲基醚二对氨基苯甲酸酯合成了良好的耐辐照性的聚脲材料，通过微波混合，提高树莓状二氧化硅复合二氧化钛纳米粒子与聚脲材料的结合性，从而使制备的防护层具有较好的耐冲击性能与防雾性，从而改善光学玻璃的各项性能。