一种自洁膜层涂料及其制备方法技术领域
本发明涉及一种自洁膜层涂料及其制备方法。
背景技术
为了赋予物体表面相应的性能(例如：防腐、装饰等)，可以在其表面涂覆相应的涂
层来实现。
而对于太阳能电池板而言，为了提高效率，通常涂覆有减反射膜层。
目前的减反射膜层虽然可以减少反射，增加可见光透过率，但是，由于外部污染等
原因，往往会降低其减反效率，降低太阳能的利用率。
因此，既能减少反射，又可以有效避免污染的自洁膜是本领域技术人员所期望的。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种自洁膜层涂料，其具有较高的可
见光透过率，同时，具有较佳的自洁性能，应用于太阳能电池板时，可以保证接收太阳能的
表面始终保持清洁，进而提高太阳能利用率。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
一种自洁膜层涂料，其组成成分为(质量百分比)：
Ga3+与稀土Tb3+共掺杂的纳米SiO2的4.5％水溶胶——42.5％-74.5％；
氟锡铽掺杂3.5％纳米TiO2水溶胶——5.5％-12.5％；
氟化镁水溶胶——0.05％-0.15％；
掺锑二氧化锡5％水溶胶——0.02％-0.20％；
无水乙醇——0.05％-0.1％；
硝酸——0.05％-0.1％；
硝酸铵——0.05％-0.15％；
表面活性剂——0.02％-0.15％；
偶联剂——0.05％-0.25％；
去离子水——余量。
为了提高自洁效率，同时，具有较佳的可见光透过率，避免过多地降低对太阳能的
吸收效率，较佳的，自洁膜层涂料中：
Ga3+与稀土Tb3+共掺杂的纳米SiO2的4.5％水溶胶——55％-65％；
氟锡铽掺杂3.5％纳米TiO2水溶胶——8％-10％；
氟化镁水溶胶——0.08％-0.11％；
掺锑二氧化锡5％水溶胶——0.12％-0.17％；
无水乙醇——0.07％-0.08％；
硝酸——0.07％-0.08％；
硝酸铵——0.06％-0.08％；
表面活性剂——0.08％-0.12％；
偶联剂——0.15％-0.18％。
为了获得最佳的自洁效率，同时，具有较佳的可见光透过率，避免过多地降低对太
阳能的吸收效率，更佳的，自洁膜层涂料中：
Ga3+与稀土Tb3+共掺杂的纳米SiO2的4.5％水溶胶——58％；
氟锡铽掺杂3.5％纳米TiO2水溶胶——8.5％；
氟化镁水溶胶——0.10％；
掺锑二氧化锡5％水溶胶——0.15％；
无水乙醇——0.075％；
硝酸——0.075％；
硝酸铵——0.07％；
表面活性剂——0.10％；
偶联剂——0.17％。
本发明一个实施例的自洁膜层涂料中：
Ga3+与稀土Tb3+共掺杂的纳米SiO2的4.5％水溶胶的平均粒径15nm。
本发明一个实施例的自洁膜层涂料中：
氟锡铽掺杂3.5％纳米TiO2水溶胶的平均粒径20nm。
本发明一个实施例的自洁膜层涂料中：
氟化镁水溶胶的平均粒径30nm。
本发明一个实施例的自洁膜层涂料中：
掺锑二氧化锡中锡锑摩尔比为9:1。
本发明一个实施例的自洁膜层涂料，其表面活性剂是月桂酸二乙醇酰胺或十二烷
基硫酸钠。
本发明一个实施例的自洁膜层涂料，其偶联剂是有机硅偶联剂KH550、KH560、
KH570中的一种或混合物。
本发明还提供一种自洁膜层涂料的制备方法，其包括如下步骤(其中的份指重量
份)：
首先，以5.7重量份正硅酸乙酯、6重量份无水乙醇、4重量份硝酸、0.8重量份Ga
(NO3)3、0.08重量份Tb(NO3)3与3.42重量份去离子水混合搅拌，制成透明均匀的溶胶，再在
室温下静置使正硅酸乙酯充分水解，形成凝胶，再在凝胶中加入4重量份去离子水，蒸除乙
醇水溶液4重量份，制成平均粒径15nm的Ga3+与稀土Tb3+共掺杂的纳米SiO2的4.5％水溶胶；
其次，以50重量份硫酸氧钛、5重量份四氯化锡和5重量份硝酸铽，在搅拌下加入氨
水使pH值为8-9，过滤、洗涤沉淀物至不含硫酸根离子，再将沉淀分散在15重量份去离子水
中，加入0.1重量份稀硝酸和0.3重量份过氧化氢，生成水溶胶，再向水溶胶中加入8重量份
氟硅酸镁，然后加入硝酸镁0.4重量份中和生成的氢氟酸，制成平均粒径20nm的氟锡铽掺杂
3.5％纳米TiO2水溶胶；
再将Ga3+与稀土Tb3+共掺杂的纳米SiO2的4.5％水溶胶、氟锡铽掺杂3.5％纳米TiO2
水溶胶、氟化镁水溶胶、掺锑二氧化锡5％水溶胶、无水乙醇、硝酸、硝酸铵、表面活性剂、偶
联剂、去离子水混合制成自洁膜层涂料。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：本发明的自洁膜层涂料，形成涂层后，可以具有较佳的自洁
性能，可以有效避免外界污染物对膜层表面的污染，同时，其还具有较佳的可见光透光率，
使其可以应用于太阳能电池，使得太阳能电池既具有较高的减反射性能，提高了对太阳能
的利用率，同时，又可以长久保持表面的清洁状态，使其始终具有较高的太阳能利用率。
附图说明
图1为本发明一个应用例的太阳能车位锁的局部结构示意图(仅示出一个伸缩支
撑机构)；
图2为本发明一个应用例的太阳能车位锁的四个伸缩支撑机构的布局示意图；
图3为本发明一个应用例的太阳能车位锁的三个伸缩支撑机构的布局示意图；
图4为本发明一个应用例的太阳能车位锁中的清洁组件的结构示意图；
图5为本发明一个应用例的太阳能车位锁中的清洁组件的传动机构示意图；
图6为本发明一个应用例的太阳能车位锁中的清洁组件的传动机构的上导轨示意
图；
图7为本发明一个应用例的太阳能车位锁中的清洁组件的传动机构的下导轨示意
图；
图8为本发明一个应用例的吸收组件的结构示意图；
图9是本发明一个应用例的太阳能车位锁的一种应用状态示意图。
【附图标记说明】
1：车位锁本体；2：吸收组件；21：吸能层；22：保护层；23：自洁膜层；3：伸缩支撑机
构；4：清洁组件；41：刮板；411：第一导轨；412：第一滚轮；413：轴承；414：框架；415：内导轨
面；416：圆锥齿面；42：擦洗臂；421：第二导轨；422：第二滚轮；423：圆锥齿面；424：内侧壁；
425：内底壁；426：轴；5：第二驱动机构；6：地面。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面通过具体实施方式，对本发明作详细描
述。
本发明自洁膜层涂料的实施例1，其组成成分为(质量百分比)：
Ga3+与稀土Tb3+共掺杂的纳米SiO2的4.5％水溶胶——42.5％；
氟锡铽掺杂3.5％纳米TiO2水溶胶——5.5％；
氟化镁水溶胶——0.05％；
掺锑二氧化锡5％水溶胶——0.02％；
无水乙醇——0.05％；
硝酸——0.05％；
硝酸铵——0.05％；
表面活性剂——0.02％；
偶联剂——0.05％；
去离子水——余量。
本发明自洁膜层涂料的实施例2，其组成成分为(质量百分比)：
Ga3+与稀土Tb3+共掺杂的纳米SiO2的4.5％水溶胶——74.5％；
氟锡铽掺杂3.5％纳米TiO2水溶胶——12.5％；
氟化镁水溶胶——0.15％；
掺锑二氧化锡5％水溶胶——0.20％；
无水乙醇——0.1％；
硝酸——0.1％；
硝酸铵——0.15％；
表面活性剂——0.15％；
偶联剂——0.25％；
去离子水——余量。
本发明自洁膜层涂料的实施例3，其组成成分为(质量百分比)：
Ga3+与稀土Tb3+共掺杂的纳米SiO2的4.5％水溶胶——55％；
氟锡铽掺杂3.5％纳米TiO2水溶胶——8％；
氟化镁水溶胶——0.08％；
掺锑二氧化锡5％水溶胶——0.12％；
无水乙醇——0.07％；
硝酸——0.07％；
硝酸铵——0.06％；
表面活性剂——0.08％；
偶联剂——0.15％；
去离子水——余量。
本发明自洁膜层涂料的实施例4，其组成成分为(质量百分比)：
Ga3+与稀土Tb3+共掺杂的纳米SiO2的4.5％水溶胶——65％；
氟锡铽掺杂3.5％纳米TiO2水溶胶——10％；
氟化镁水溶胶——0.11％；
掺锑二氧化锡5％水溶胶——0.17％；
无水乙醇——0.08％；
硝酸——0.08％；
硝酸铵——0.08％；
表面活性剂——0.12％；
偶联剂——0.18％；
去离子水——余量。
本发明自洁膜层涂料的实施例5，其组成成分为(质量百分比)：
Ga3+与稀土Tb3+共掺杂的纳米SiO2的4.5％水溶胶——58％；
氟锡铽掺杂3.5％纳米TiO2水溶胶——8.5％；
氟化镁水溶胶——0.10％；
掺锑二氧化锡5％水溶胶——0.15％；
无水乙醇——0.075％；
硝酸——0.075％；
硝酸铵——0.07％；
表面活性剂——0.10％；
偶联剂——0.17％；
去离子水——余量。
本发明自洁膜层涂料的实施例6，其组成成分为(质量百分比)：
Ga3+与稀土Tb3+共掺杂的纳米SiO2的4.5％水溶胶——49.5％；
氟锡铽掺杂3.5％纳米TiO2水溶胶——12.5％；
氟化镁水溶胶——0.11％；
掺锑二氧化锡5％水溶胶——0.15％；
无水乙醇——0.07％；
硝酸——0.05％；
硝酸铵——0.08％；
表面活性剂——0.12％；
偶联剂——0.18％；
去离子水——余量。
本发明自洁膜层涂料的实施例7，其组成成分为(质量百分比)：
Ga3+与稀土Tb3+共掺杂的纳米SiO2的4.5％水溶胶——55％；
氟锡铽掺杂3.5％纳米TiO2水溶胶——5.5％；
氟化镁水溶胶——0.15％；
掺锑二氧化锡5％水溶胶——0.17％；
无水乙醇——0.075％；
硝酸——0.07％；
硝酸铵——0.06％；
表面活性剂——0.15％；
偶联剂——0.25％；
去离子水——余量。
本发明自洁膜层涂料的实施例8，其组成成分为(质量百分比)：
Ga3+与稀土Tb3+共掺杂的纳米SiO2的4.5％水溶胶——59％；
氟锡铽掺杂3.5％纳米TiO2水溶胶——8％；
氟化镁水溶胶——0.05％；
掺锑二氧化锡5％水溶胶——0.20％；
无水乙醇——0.08％；
硝酸——0.075％；
硝酸铵——0.07％；
表面活性剂——0.02％；
偶联剂——0.05％；
去离子水——余量。
本发明自洁膜层涂料的实施例9，其组成成分为(质量百分比)：
Ga3+与稀土Tb3+共掺杂的纳米SiO2的4.5％水溶胶——61％；
氟锡铽掺杂3.5％纳米TiO2水溶胶——8.5％；
氟化镁水溶胶——0.08％；
掺锑二氧化锡5％水溶胶——0.02％；
无水乙醇——0.1％；
硝酸——0.08％；
硝酸铵——0.075％；
表面活性剂——0.08％；
偶联剂——0.15％；
去离子水——余量。
本发明自洁膜层涂料的实施例10，其组成成分为(质量百分比)：
Ga3+与稀土Tb3+共掺杂的纳米SiO2的4.5％水溶胶——69.5％；
氟锡铽掺杂3.5％纳米TiO2水溶胶——10％；
氟化镁水溶胶——0.10％；
掺锑二氧化锡5％水溶胶——0.12％；
无水乙醇——0.05％；
硝酸——0.1％；
硝酸铵——0.08％；
表面活性剂——0.10％；
偶联剂——0.17％；
去离子水——余量。
上述任一个实施例的自洁膜层涂料中：
Ga3+与稀土Tb3+共掺杂的纳米SiO2的4.5％水溶胶的平均粒径15nm。
上述任一个实施例的自洁膜层涂料中：
氟锡铽掺杂3.5％纳米TiO2水溶胶的平均粒径20nm。
上述任一个实施例的自洁膜层涂料中：
氟化镁水溶胶的平均粒径30nm。
上述任一个实施例的自洁膜层涂料中：
掺锑二氧化锡中锡锑摩尔比为9:1。
其中，表面活性剂可以是月桂酸二乙醇酰胺或十二烷基硫酸钠，偶联剂可以是有
机硅偶联剂KH550、KH560、KH570中的一种或混合物。
上述任一个实施例中，自洁膜层涂料可以按如下方法制作(重量份)：
首先，以5.7重量份正硅酸乙酯、6重量份无水乙醇、4重量份硝酸、0.8重量份Ga
(NO3)3、0.08重量份Tb(NO3)3与3.42重量份去离子水混合搅拌，制成透明均匀的溶胶，再在
室温下静置使正硅酸乙酯充分水解，形成凝胶，再在凝胶中加入4重量份去离子水，蒸除乙
醇水溶液4重量份，制成平均粒径15nm的Ga3+与稀土Tb3+共掺杂的纳米SiO2的4.5％水溶胶；
其次，以50重量份硫酸氧钛、5重量份四氯化锡和5重量份硝酸铽，在搅拌下加入氨
水使pH值为8-9，过滤、洗涤沉淀物至不含硫酸根离子，再将沉淀分散在15重量份去离子水
中，加入0.1重量份稀硝酸和0.3重量份过氧化氢，生成水溶胶，再向水溶胶中加入8重量份
氟硅酸镁，然后加入硝酸镁0.4重量份中和生成的氢氟酸，制成平均粒径20nm的氟锡铽掺杂
3.5％纳米TiO2水溶胶；
再将Ga3+与稀土Tb3+共掺杂的纳米SiO2的4.5％水溶胶、氟锡铽掺杂3.5％纳米TiO2
水溶胶、氟化镁水溶胶、掺锑二氧化锡5％水溶胶、无水乙醇、硝酸、硝酸铵、表面活性剂、偶
联剂、去离子水混合制成自洁膜层涂料。
上述自洁膜层涂料可以按现有方法涂覆在物体表面形成自洁膜层。
例如，用玻璃滚涂机将涂料涂在太阳能玻璃上，厚度150nm，经80-180℃分段加热
固化3分钟，再在500-720℃钢化3分钟，再检测其水接触角和透光率。
前述各实施例的检测结果如下表1所示。
由此可知，本发明的自洁膜层涂料可以应用于各种太阳能电池上，并使太阳能电
池的玻璃具有较佳的可见光透过率和较小的水接触角，有助于提高其自洁性能和太阳能利
用率。
下面举一具体应用例对本发明进一步说明。
参见图1，本发明自洁膜层涂料在太阳能车位锁上的一个应用例，该太阳能车位锁
包括：
车位锁本体1，具有将车位锁定的锁定状态(参见图9)和将车位解锁的解锁状态；
太阳能吸收组件2，设于车位锁本体1，其具有第一位置状态和第二位置状态，第一
位置状态时，太阳能吸收组件2朝向第一吸收方向(参见图9)，第二位置状态时，太阳能吸收
组件2朝向第二吸收方向，其中，太阳能吸收组件2包括吸收太阳能的吸能层21、对吸能层21
形成保护的保护层22和贴敷于保护层22外的自洁膜层23(参见图8)，自洁膜层23可以使用
上述的任一种自洁膜层涂料；
第一驱动机构，提供车位锁本体1在锁定状态和解锁状态之间转换的驱动力，以及
太阳能吸收组件2在第一位置状态和第二位置状态之间转换的驱动力；
中央控制器，作为太阳能车位锁的控制中心。
本发明一个实施例的太阳能车位锁，为了使得太阳能吸收组件2能够接收到更多
的阳光照射，尤其是在不同时段均可以保持较高的太阳能接收效率，驱动机构包括多个可
独立控制高度的伸缩支撑机构3，多个伸缩支撑机构3布设于太阳能吸收组件2的周边，且各
自的高度随着一天中太阳光的照射角度的变化而变化，使得太阳能吸收组件2离太阳最近
的一侧高度最低(如图9所示，通常不低于地面6)，以接收更多的太阳光照射，吸收更多的太
阳能，提高效率。
如图2所示，本发明一个实施例的太阳能车位锁，其伸缩支撑机构3包括四个可独
立控制高度的液压组件，四个液压组件呈四边形布置于太阳能吸收组件2的周边。
更进一步的，四个液压组件分别设于东、西、南、北四个方位，或者设于东南、西南、
西北、东北四个方位。
如图3所示，本发明一个实施例的太阳能车位锁，其中：伸缩支撑机构3包括三个可
独立控制高度的液压组件，呈三角形布置于太阳能吸收组件2的周边，第一个液压组件对应
北方，第二个液压组件对应东南方，第三个液压组件对应西南方。
本发明一个实施例的太阳能车位锁，为了获得更佳的清洁效果，其还包括：
清洁组件，设于太阳能吸收组件2，对太阳能吸收组件2的自洁膜层23进行清洁；
第二驱动机构，提供清洁组件执行清洁工作的驱动力。
由于自洁膜层23本身具有一定的抗污染、自洁能力，再配合清洁组件4，可以起到
极好的洁净效果，使得太阳能车位锁能始终处于较好的清洁状态，能够更好地利用照射到
其上的太阳光。
如图4所示，本发明一个实施例的太阳能车位锁，其中：清洁组件4包括贴合于太阳
能吸收组件2的刮板41和擦洗臂42，车位锁本体1和/或太阳能吸收组件2转换状态时，清洁
组件4利用刮板41或擦洗臂42对太阳能吸收组件2进行清洁，以保证转换效率。
进一步的，清洁组件4还包括一连动组件，当驱动机构调整高度时，连动刮板41或
擦洗臂42执行清洁动作。
更进一步的，刮板41或擦洗臂42执行的清洁动作包括摆动、移动或旋转。较佳的，
为了提高清洁效果，还包括自转动作，即摆动、移动或旋转的同时自转。优选为，自转时与待
清洁面相切位置的运动方向与移动的方向相反，以进一步提高清洁效果。
如图4所示，为了进一步提高清洁效果，清洁组件4的刮板41和擦洗臂42，二者同步
移动，并且，擦洗臂42随刮板41沿第一方向同步移动的同时，还沿第二方向旋转，其中，第二
方向在清洁组件4的待清洁面的切线方向与第一方向相同，即擦洗臂42是反向滚动前进的，
借此，可以显著提高擦洗效果。
参见图5，清洁组件4包括框架414，框架414具有并行的第一导轨411和第二导轨
421，以及沿第一导轨411滚动前进的第一滚轮412和沿第二导轨421滚动前进的第二滚轮
422，第一滚轮412和第二滚轮422同步滚动、同步前进，刮板41固定连接第一滚轮412的轴承
413，随第一滚轮412同步前进，擦洗臂42固定于第二滚轮422的轴426，随第二滚轮422同步
运动(即同步旋转、同步前进)。
其中，第一导轨411位于下方，第二导轨421位于上方，二者的导轨面均设置有齿，
即两个齿面相对的齿条，第一滚轮412和第二滚轮422为齿轮，二者相啮合，同时各自与第一
导轨411和第二导轨421啮合。
其中，第一导轨411和/或第二导轨421的导轨面为斜面和/或平面。
如图7所示，本发明的一个实施例中，第一导轨411和/或第二导轨421为V形，V形的
内表面为导轨面。
较佳的，V形的第一导轨411和/或第二导轨421的导轨面为齿面。
如图6所示，本发明的一个实施例中，第一导轨411和/或第二导轨421具有梯形槽，
梯形槽的内表面为导轨面。
较佳的，第一导轨411和/或第二导轨421的梯形槽的内侧壁424和/或内底壁425为
齿面。
本发明的一个实施例中，第一滚轮412和/或第二滚轮422的滚动面为圆柱面和/或
圆锥面。
较佳的，第一滚轮412和/或第二滚轮422具有位于中部的圆柱面和位于两端的斜
面。
其中，第一滚轮412和/或第二滚轮422位于中部的圆柱面为圆柱齿面。
其中，第一滚轮412和/或第二滚轮422位于两端的圆锥面为圆锥齿面416、423。
本发明的一个实施例中，第一滚轮412与第二滚轮422以中部的圆柱齿面相啮合。
本发明的一个实施例中，第一滚轮412和/或第二滚轮422两端的圆锥齿面416、423
与V形导轨面415啮合。
如图7所示，本发明的一个较佳实施例中，第一滚轮412和/或第二滚轮422两端的
圆锥齿面416、423的齿牙顶抵顶于V形导轨面415的齿牙根，第一滚轮412和/或第二滚轮422
两端的圆锥齿面416、423的齿牙根与V形导轨面415的齿牙顶之间具有预定空隙，借此，使得
第一滚轮412和/或第二滚轮422在V形导轨上的运动更加平稳、顺畅。
本发明的一个实施例中，第一滚轮412和/或第二滚轮422两端的圆锥齿面416、423
与梯形导轨的内侧壁424齿面啮合。
本发明的一个实施例中，第一滚轮412和/或第二滚轮422中部的圆柱齿面与梯形
导轨的内底壁425齿面啮合。
如图6所示，本发明的一个较佳实施例中，第一滚轮412和/或第二滚轮422中部的
圆柱齿面的齿牙顶与梯形导轨的内底壁425齿面的齿牙根之间具有预定空隙，第一滚轮412
和/或第二滚轮422两端的圆锥齿面416、423的齿牙顶抵顶于梯形导轨的内侧壁424齿面的
齿牙根，借此，使得第一滚轮412和/或第二滚轮422在梯形导轨上的运动更加平稳、顺畅。
其中，第一滚轮412和/或第二滚轮422中部的圆柱齿面的齿牙根与梯形导轨的内
底壁425齿面的齿牙顶之间具有预定空隙，第一滚轮412和/或第二滚轮422两端的圆锥齿面
416、423的齿牙根与梯形导轨的内侧壁424齿面的齿牙顶之间具有预定空隙，借此，使得第
一滚轮412和/或第二滚轮422在梯形导轨上的运动更加平稳、顺畅。
如图5所示，本发明一个实施例的太阳能车位锁，其中：第一滚轮412数量为两个，
与第二滚轮422呈三角形布置。
较佳的，两个第一滚轮412和一个第二滚轮422三者两两啮合。
第二驱动机构5只需驱动第一滚轮412沿第一方向移动，即可令刮板41沿第一方向
移动，且擦洗臂42沿第二方向滚动的同时与第一滚轮412沿第一方向同步移动。
本发明一个实施例的太阳能车位锁，其还具有复位组件，令刮板41或擦洗臂42复
位。优选为，太阳能电池板放平时(例如可以与地面6平齐)，刮板41或擦洗臂42归位，借此可
以节省复位消耗的能量。
本发明一个实施例的太阳能车位锁，其中：清洁组件4还包括喷淋组件，向太阳能
吸收组件2的待清洁面喷淋水或清洁液。
综上所述，本发明的自洁膜层涂料，其形成的膜层具有较好的自洁效应，使其表面
可以始终保持较好的清洁状态，同时，其还具有较好的可见光透过率，其可以应用到太阳能
电池上，使得太阳能电池具有较佳的太阳能利用率，对照射到其上的太阳能可以高效地吸
收利用，避免浪费，同时，还可以长久保持太阳能电池的吸收表面的清洁状态，有效地提高
了对太阳能的整体利用率。