專利名稱：一種偏光玻璃的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種特種功能玻璃的制備技術，具體涉及一種對入射光波具有起偏性 能的偏光玻璃的制備方法。
背景技術：
在當今的信息化時代，光纖通信產業已經且仍在高速發展，偏光玻璃服務于光通 訊領域始于20世紀八十年代，現已有數百萬件應用于光通訊器件的光隔離器制備中，并且 無一失敗。同時由于其結構緊湊、性能穩定以及有好的化學穩定性和好的耐熱性能，已經成 為包括光隔離器、光纖偏振器，濾光器，光開關及其它光纖通訊器件生產的優選材料。而大尺寸的偏光玻璃，單從高性能大屏幕投影液晶顯示用偏光片來看，偏光玻璃 的透過率、消光比、熱穩定性、機械強度和光損傷閥值都遠遠高于現在正在廣泛應用的二向 色性染料染色的“H”型和“K”型偏光片。因此，大尺寸偏光玻璃對于液晶電視、手機顯示屏 等的更新換代具有決定性作用。同時它還可以用于汽車車燈和各種觀察強光、特別是強反 射光場景的防眩光眼鏡以及立體電視等方面，并在保護隱私的窗玻璃等領域也有其重要的 應用價值。但大尺寸偏光玻璃的制備存在很多困難。實際上，偏光玻璃是將針狀納米銀顆粒 以同一取向排布于玻璃基體中制得具備偏光性能的一種玻璃基復合材料。產生偏振的原因 基于針狀納米銀膠粒表面產生共振吸收，使銀膠粒本征吸收帶產生分裂的結果，因此偏光 玻璃的制備關鍵是針狀納米銀顆粒的生成和它們在玻璃中的定向排布。國外us 5840096， US 4486213等在解決針狀納米銀顆粒的生成和它們在玻璃中的定向排布問題主要有以下 幾種方法第一，將玻璃中的銀離子還原成金屬銀，再在高溫下強制拉伸玻璃，以使銀金屬顆 粒被拉長，并沿玻璃拉伸方向進行排列，制得偏光玻璃。由于金屬銀的表面張力很大，因此 拉伸作業很困難，很容易造成玻璃斷裂。第二，將光致變色玻璃片析晶處理，生成鹵化銀微晶，而后在退火點與軟化點之間 的溫度下拉伸玻璃，把鹵化銀顆粒拉伸成橢球形并沿玻璃拉伸方向排列。再通過光致變色 反應，生成橢球形的銀膠粒。該法在玻璃加熱拉伸過程中，由于光致變色性能對熱處理敏 感，經常產生混濁和褪色等問題。第三，拉伸還原制備工藝該法是第二種方法的進一步完善和發展，它是在玻璃拉 制成型以后，不用光致變色反應，而是將之在強還原氣氛中加熱還原，使玻璃表面的部分銀 離子被還原成單質銀，并沉淀到拉長的顆粒表面，從而產生偏光性。但上述偏光玻璃的制備技術，只能獲得尺寸較小的偏光玻璃，故受其尺寸的限制 只應用于光通訊領域，大尺寸偏光玻璃的生產技術有待于進一步研究來得以解決。
發明內容
本發明所要解決的問題是提供一種偏光玻璃的制備方法，該方法能夠獲得尺寸較大的偏光玻璃。本發明采用以下制備方法與步驟1)銀納米線的化學合成制備；2)銀納米線在二 氧化碳溶膠凝膠溶液中的分散；3)含銀納米線溶液的提拉鍍膜；4)玻璃表面的熱處理，最 終獲得偏光玻璃。本發明的特點在于避免了控制納米銀粒子的生長、形貌及定向排布需要 對高溫、高粘度玻璃體進行制備，適宜制備大尺寸的偏光玻璃產品，對實現偏光玻璃在保護 隱私的建筑窗玻璃、立體電視等領域的實際應用，以及液晶電視、手機顯示屏等的更新換代 具有重要意義。本發明具體涉及的對入射光波具有起偏性能的偏光玻璃的制備方法極其步驟如 下一種偏光玻璃的制備方法，按以下步驟進行1)利用濕化學法制備出銀納米線；
2)將制備得到的銀納米線先分散于乙醇中，再加入到Ti02溶膠溶液得到含銀納米線的 二氧化鈦溶膠溶液，銀納米線在含銀納米線的二氧化鈦溶膠溶液中的濃度為0. 2-3.0% ；
3)將清洗過的玻璃片浸入上述含銀納米線的二氧化鈦溶膠溶液中，勻速緩慢向上提拉得 到鍍膜玻璃片，提拉速度控制為50-140mm/min ；4)將上述鍍膜玻璃片放置于氣氛爐內，在 100-300°C，保溫1-12小時，最終獲得偏光玻璃。銀納米線可由下法制得首先通過乙二醇還原氯金酸獲得含金納米顆粒的乙二醇 溶液，然后在上述含金納米顆粒的乙二醇溶液中，加入硝酸銀0. 2-0. 8g/100ml，再加入聚乙 烯吡咯烷酮(PVP)O. 6-1.5g/100ml，在油浴鍋中150-200°C反應4-8小時，即獲得銀納米線。銀納米線也可由下法制得將聚乙烯吡咯烷酮在室溫下完全溶解于N，N 二甲基甲 酰胺溶液中，待聚乙烯吡咯烷酮完全溶解至N，N 二甲基甲酰胺溶液中后，在混合溶液中加 入AgN03，其濃度為0. 02-0. 20M,隨即將混合溶液轉移至反應釜中，在150_200°C下密閉油浴 恒溫處理5-15h;反應完成后，取出反應釜使其自然冷卻至室溫，將樣品取出，并以3000rpm 的轉速離心處理數次，最后得到銀納米線。所述Ti02溶膠溶液由下法制得按照摩爾配比1 10 2的比例將鈦酸丁酯 無水乙醇蒸餾水混合，攪拌lh，隨后陳化48h，得到Ti02溶膠溶液。本發明通過上述制備過程，可以避免在高溫、高粘度的玻璃體中進行銀納米線的 制備與定向的技術難題。實現了低溫條件下，銀納米線的高效合成。同時，利用提拉鍍膜方 法在玻璃表面獲得了銀納米線定向排列的微結構，這種制備方法的優點在于玻璃平板的尺 寸可以在很大的范圍內進行調整變化，克服了原有技術制備偏光玻璃尺寸很小的弊端。同 時，通過測試制備獲得的偏光玻璃，其對于平行于銀納米線排列方向的光矢量產生了大的 吸收，而對于垂直于銀納米線排列方向的光矢量幾乎全部透過，具有明顯的偏光特性。
圖1是本發明的銀納米線定向后的微結構圖。圖2是本發明的樣品光學透射光譜圖。
具體實施例方式實例1 1. 1取20mL乙二醇放入燒杯中，將燒杯放入有磁力攪拌器的油浴鍋中升溫到155°C，然后在上述升溫后的乙二醇中加入20滴(約lmL)0. 005M的HAUC14水溶液，溶液 顏色由黃色變成粉紅色，這表明金納米顆粒的形成。恒溫攪拌大約5min后，按質量0. 2g AgN03(先將0. 2g AgN03分散在10mL乙二醇中)加入上述油浴鍋中，當硝酸銀加入后，把配 置好的PVP(先將0. 3-0. 6gPVP溶解在20ml乙二醇中)在15min內逐滴加到上述油浴鍋 中。反應60min后取出產物，整個反應過程中需要持續攪拌并恒溫在155°C。反應產物為黃 灰色懸濁液，并有少量金屬銀附著在容器內壁。將產物取出，以無水乙醇為基液，以3000r/ min的轉速離心3次，得到銀納米線。1. 2 二氧化鈦溶膠溶液的配制其過程包括首先按照(摩爾配比)鈦酸丁酯無 水乙醇=1 10，鈦酸丁酯蒸餾水=1 2，配合成混合溶液，不斷攪拌lh，隨后陳化48h， 便可得到Ti02溶膠溶液。1. 3按照銀納米線的濃度為0. 3%，稱量相應的銀納米線和上述Ti02溶膠溶液。其 中銀納米線稱量好后首先將其分散在無水乙醇中，再加入到已配制好的Ti02溶膠溶液中， 超聲分散數分鐘，使銀納米線很好的分散在Ti02溶膠溶液中。1. 4將經王水洗凈、干燥的玻璃板夾持于提拉鍍膜機上，勻速浸入分散有銀納米線 的Ti02溶膠溶液中，通過垂直上下的勻速提拉玻璃板，提拉速度控制為120mm/min，在玻璃 表面將形成很薄的均勻的一層含銀納米線的二氧化鈦膜。1. 5將上述玻璃平板放入氣氛爐中進行熱處理，處理溫度為150°C，保溫時間2小 時，最終獲得偏光玻璃成品。實例2 2. 1稱取0. 6mmol PVP (聚乙烯吡咯烷酮K30)在室溫下完全溶解于75mLDMF(N， N 二甲基甲酰胺)溶液中，待PVP完全溶解至DMF溶液中后，在混合溶液中加入0. 51g AgN03(濃度為0. 04M)，迅速攪拌10s，隨即將混合溶液轉移至反應釜(容積為200mL，內襯 為聚乙烯吡咯烷酮聚四氟乙烯)中，在150°C下密閉油浴恒溫處理12h。反應完成后，取出 反應釜使其自然冷卻至室溫，將樣品取出，并以3000rpm的轉速離心處理數次，除去溶劑中 大部分有機物。以無水乙醇作為分散劑與洗滌劑，最后得到含Ag納米線的乙醇溶液。2. 2 二氧化鈦溶膠溶液的配制首先按照(摩爾配比)鈦酸丁酯無水乙醇= 1 10，鈦酸丁酯蒸餾水=1 2，配合成混合溶液，不斷攪拌lh，隨后陳化48h，便可得到 Ti02溶膠溶液。2. 3按照銀納米線的濃度為0. 3%，稱量相應的銀納米線和上述Ti02溶膠溶液。其 中銀納米線稱量好后首先將其分散在無水乙醇中，再加入到已配制好的Ti02溶膠溶液中， 超聲分散數分鐘，使銀納米線很好的分散在Ti02溶膠溶液中。2. 4將經王水洗凈、干燥的玻璃板夾持于提拉鍍膜機上，勻速浸入分散有銀納米線 的Ti02溶膠溶液中，通過垂直上下的勻速提拉玻璃板，提拉速度控制為120mm/min，在玻璃 表面將形成很薄的均勻的一層含銀納米線的二氧化鈦膜。2. 5將上述玻璃平板放入氣氛爐中進行熱處理，處理溫度為200°C，保溫時間1. 0 小時，最終獲得偏光玻璃成品。獲得偏光玻璃表面微結構見附圖1。附圖1是本發明的樣品表面銀納米線定向后 的微結構圖，從圖中可以看出銀納米線在玻璃平板表面實現了沿著提拉方向的定向排列， 這種定向排列的銀納米線微結構正是產生偏光性能的特征結構。同時，通過測試制備獲得
5的偏光玻璃的偏光性能見附圖2.附圖2是本發明的樣品光學透射光譜圖。從圖中可以看 出樣品在850nm-2450nm光波范圍內，對于平行于銀納米線排列方向的光矢量的吸收率達 到了 10-20 %，而對于垂直于銀納米線排列方向的光矢量幾乎全部透過，產生了明顯的偏光 特性。
權利要求
一種偏光玻璃的制備方法，其特征在于按以下步驟進行1)利用濕化學法制備出銀納米線；2)將制備得到的銀納米線先分散于乙醇中，再加入到TiO2溶膠溶液得到含銀納米線的二氧化鈦溶膠溶液，銀納米線在含銀納米線的二氧化鈦溶膠溶液中的濃度為0.2-3.0％；3)將清洗過的玻璃片浸入上述含銀納米線的二氧化鈦溶膠溶液中，勻速緩慢向上提拉得到鍍膜玻璃片，提拉速度控制為50-140mm/min；4)將上述鍍膜玻璃片放置于氣氛爐內，在100-300℃，保溫1-12小時，最終獲得偏光玻璃。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于首先通過乙二醇還原氯金酸獲得含 金納米顆粒的乙二醇溶液，然后在上述含金納米顆粒的乙二醇溶液中，加入硝酸銀 0. 2-0. 8g/100ml，再加入聚乙烯吡咯烷酮0. 6-1. 5g/100ml，在油浴鍋中150-200°C反應4_8 小時，即獲得銀納米線。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于將聚乙烯吡咯烷酮在室溫下完全溶解于N， N 二甲基甲酰胺溶液中，待聚乙烯吡咯烷酮完全溶解至N，N 二甲基甲酰胺溶液中后，在混合 溶液中加入AgN03，其濃度為0. 02-0. 20M,隨即將混合溶液轉移至反應釜中，在150_200°C下 密閉油浴恒溫處理5-15h;反應完成后，取出反應釜使其自然冷卻至室溫，將樣品取出，并 以3000rpm的轉速離心處理數次，最后得到銀納米線。
4.如權利要求1或2或3所述的方法，其特征在于所述Ti02溶膠溶液由下法制得 按照摩爾配比1 10 2的比例將鈦酸丁酯無水乙醇蒸餾水混合，攪拌lh，隨后陳化 48h，得到Ti02溶膠溶液。
全文摘要
本發明涉及一種偏光玻璃的制備方法。該偏光玻璃的制備方法及步驟如下1)利用濕化學法合成出銀納米線；2)將制備出的銀納米線分散在二氧化鈦溶膠溶液中；3)將玻璃平板浸入上述含銀納米線的二氧化鈦溶膠溶液中，采用提拉法進行平板玻璃的表面鍍膜；4)將鍍膜后的玻璃板進行熱處理，即得偏光玻璃。本發明的特點在于適宜制備大尺寸的偏光玻璃產品，操作溫度低、工藝簡單。
文檔編號C03C17/06GK101857378SQ201010186678
公開日2010年10月13日 申請日期2010年5月25日 優先權日2010年5月25日
發明者馮晉陽, 戴超, 茅海波, 趙修建, 馬曉 申請人:武漢理工大學