Получение специальных оптических покрытий на основе кремниевой кислоты

На основе плёнки кремниевой кислоты возможно создание большого спектра покрытий, обладающих специальными свойствами. Большое значение играют энергосберегающие стекла, дело в том, что на окна приходиться более 40% потерь тепла в здании, которые складываются из теплопроводности, конвекции и теплового излучения.

 

Толщина этого покрытия настолько мала, что оно абсолютно прозрачно для видимого света и солнечных лучей. Покрытие имеет способность отражать инфра-красную (тепловую) часть светового спектра.

 

 

Основная доля (2/3 от всех теплопотерь окна) приходятся на тепловое излучение. Главная идея в производстве энергосберегающих стекол — напыление на поверхность особого проводящего слоя из оксидов металлов. Сохранение тепла обеспечивает именно это покрытие, эффективно отражающее тепловую энергию как внутрь помещения зимой, так и вовне - летом. Толщина этого покрытия настолько мала, что оно абсолютно прозрачно для видимого света и солнечных лучей. Покрытие имеет способность отражать инфра-красную (тепловую) часть светового спектра. Стекло обеспечивает хорошую теплоизоляцию зимой, препятствуя выходу тепла наружу из помещения, обладая в то же время хорошим светопропусканием.

В качестве добавок для придания стеклу энергосберегающих свойств мы пробовали использовать оксиды металлов. Наилучшие результаты нам удалось добиться, вводя в слой кремниевой кислоты небольшое количество оксида олова.

Технология введения в плёнку кремния оксида олова (II) следующая:

1. Получаем оловянную кислоту b-SnO₂·nH₂O (иногда ее формулу записывают как H₂SnO₃) по реакции: Sn + 4HNO_{3 конц.} = b-SnO₂·H₂O + 4NO₂ + H₂O

Эту стадию необходимо проводить в вытяжном шкафу, так как оксид азота NO₂ очень ядовит.

2. Получившуюся оловянную кислоту вводим в раствор силиката натрия, доведя концентрацию в получившемся растворе до 0,2 моль/л.

3. Проводим цикл нанесения покрытия кремниевой кислоты с осторожной сушкой при температуре 200 ⁰С в течение 30 минут. При этом, оловянная кислота переходит в оксид олова SnO_2.

Полученное таким образом покрытие обладает двумя очень важными свойствами:

1. Оксид олова SnO₂ прозрачен для видимого света и отражает ИК излучение с длиной волны выше 2 мкм. Поэтому такое покрытие не даст проходить тепловому излучению внутрь помещения летом и выходить тепловому излучению из помещения зимой.

2. Оксид олова SnO_{2 -} полупроводник, покрытие, содержащее оксид олова, обладает проводимостью (измеренное нами сопротивление составило 38 Мом/см, что вполне достаточно для стекания электростатического заряда). Следовательно, полученное нами покрытие - антистатическое.

Нанопокрытия

       Нанопокрытия получают магнетронным, катодным, плазменным напылением, а так же по золь-гель технологии.

Тип покрытия	Структура	Применение

Оптические покрытия

Теплопоглощающее Полупроводниковые покрытия представлены нанопленкой SnO₂, модифицированной Sb или стекловидное золь-гель покрытие, содержащее ИК-поглощающие оксиды  Строительство, транспорт Теплоотражающие Состят из нанослоев металлов (Ag, Au, Cu, Fe) до 10 нм и просвечивающих нанопокрытий (например, TiO₂) 20–30 нм Строительство, транспорт Зеркальное Тонкие слои Al, Ag, или чередующиеся нанослои с резко различающимися показателями преломления Строительство, оптическое приборостроение, транс-порт, диэлектрические зеркала Просвечивающие Покрытия толщиной несколько десятков, сотен нанометров с меньшим показателем преломления Оптика, строительство Интерференционные (иризирующие, люстры) Состоят из прозрачных нанослоев толщиной 100–200 нм оксида олова или других оксидов Интерференционная оптика, строительство, бытовые предметы

Электрические покрытия

Токопроводящие Полупроводниковое покрытие, состоящее из SnO₂ (толщиной 10–400 нм), модифицированного металлами (Sb, Sn_ Авиация, транспорт

Защитные покрытия

Упрочняющие Практически все виды покрытий обладают упрочняющим эффектом («залечивают» микротрещины на поверхности стекла) 100–200 нм Строительство, тара, транспорт Гидрофобные Поверхность стекла модифицируется кремнийорганическими соединениями Строительство, транспорт Гидрофобные с «эффектом» лотоса Покрытие имеет специфический нанорельеф, который не дает каплям воды удерживаться на поверхности Строительство, транспорт Супергидрофильные Нанорельеф, который втягивает в поверхностные каналы капли воды, которая стекает сплошной пленкой Строительство, транспорт

«Умные» покрытия

Электрохромные На стекло наносят нанослой МоО₃ (прозрачный электрод), затем полимерный электролит, насыщенный ионами натрия, сверху покрывают вторым прозрачным электродом Оптика, строительство Самоочищающиеся Покрытие состоит из наночастиц анатаза (оксид титана), модифицированных оксидом циркония Строительство, системы очистки от органических загрязнителей, транспорт