柔性太陽(yáng)能(néng)電(diàn)池的表麵塗層(céng)要(yào)求(qiú)是(shì)高(gāo)性能(néng)的紫外(wài)固化(huà)丙烯酸酯納(nà)米復(fù)合材料。他們(mén)的合(hé)成不僅是一個微調的化(huà)學步驟，同時要求(qiú)分散(sàn)和研磨的過程(chéng)。已申請(qǐng)專(zhuān)利的氣(qì)相(xiāng)二氧化(huà)矽原位矽(guī)烷(wán)化(huà)在(zài)德國(guó)VMA公司(sī)的(dí)TORUSMILL®研磨(mó)分(fēn)散機的幫助下表現(xiàn)得(dé)較好(hǎo)。從VMA實(shí)驗(yàn)室係列(liè)分散研磨機(jī)參數(shù)的可(kě)比性更簡單方便的(dí)幫(bāng)助從實驗(yàn)室試樣放到規模生(shēng)產(chǎn)。

簡介

非凡的挑戰要(yào)求非(fēi)凡的答案
：柔(róu)性(xìng)太(tài)陽(yáng)能電池(chí)要(yào)受到陽(yáng)光，風(fēng)力(lì)和各種外(wài)界因(yīn)素幾(jī)十年的摧(cuī)殘。要承受這(zhè)些(xiē)極端(duān)的要(yào)求(qiú)，表麵(miàn)塗(tú)層必須(xū)柔韌，耐(nài)磨和耐(nài)劃傷。當然，高(gāo)透明(míng)度，成(chéng)本效益(yì)和(hé)不使底材的溫(wēn)度過高這些(xiē)性(xìng)能也(yě)是需(xū)要的(dí)。由(yóu)於同(tóng)時要求(qiú)高(gāo)的生(shēng)產效率和低的(dí)工藝(yì)溫(wēn)度，優(yōu)異性(xìng)能的(dí)紫外光固化丙烯(xī)酸酯係統(tǒng)是。通過(guò)加(jiā)入無機(jī)粒子，已得到(dào)很好(hǎo)優化(huà)的丙(bǐng)烯(xī)酸酯配方的耐刮(guā)性和(hé)耐磨(mó)性可(kě)以進一(yī)步提高。隻(zhī)要(yào)填充(chōng)度低於的閾值為(wéi)25%體積(jī)(大(dà)約(yuē)與(yǔ)40%質(zhì)量百(bǎi)分比(bǐ)一致，因為無機顆(kē)粒(lì)的密(mì)度更高)則(zé)被(bèi)認為(wéi)是表(biǎo)麵(miàn)硬(yìng)度(dù)與(yǔ)填(tián)充度呈綫(xiàn)性過程(chéng)。塗(tú)料表麵硬度的(dí)提(tí)高比(bǐ)期(qī)望(wàng)的(dí)顆粒(lì)硬度要低(圖(tú)1)。直到超過(guò)滲(shèn)流(liú)閾值，即(jí)顆粒(lì)不(bù)能(néng)再(zài)滑(huá)動，總硬度成(chéng)為顆粒(lì)和基(jī)體的(dí)加(jiā)權(quán)和。超過(guò)了滲流閾值(zhí)，另(lìng)一方(fāng)麵也就意味著(zhuó)這個(gè)係統不再(zài)攪(jiǎo)動。插圖1很明顯(xiǎn)地顯示了(liǎo)理論狀(zhuàng)況(kuàng)，這就(jiù)是(shì)眾所(suǒ)周(zhōu)知(zhī)的(dí)冶金過(guò)程(chéng)。

圖(tú)1: 提高填充(chōng)度(dù)的(dí)紫外光固化納米(mǐ)復(fù)合(hé)材料(liào)的微硬(yìng)度(dù)的(dí)改善(shàn)隨質量百分比顯示(shì)。插圖(tú)顯(xiǎn)示(shì)了硬度和(hé)填充(chōng)度的體積百分比在(zài)整個(gè)範圍內(nèi)的理(lǐ)論關(guān)係(xì)。突出(chū)的區域(yù)對應於主(zhǔ)圖中(zhōng)顯示(shì)的數(shù)據(jù)。

分(fēn)散技術

如果不(bù)是粒子(zǐ)本身的硬度,那是什(shí)麼決定(dìng)了(liǎo)不同填充(chōng)度(dù)的硬(yìng)度變化(huà)呢?這是由(yóu)顆(kē)粒與基體之(zhī)間(jiān)的相互(hù)作用(yòng)及矩陣，這受到(dào)粒(lì)子(zǐ)的表麵(miàn)處理，也即分(fēn)散技(jì)術相互(hù)作用的控製(zhì)。最(zuì)不(bù)理(lǐ)想(xiǎng)的情況(kuàng)是，微硬(yìng)度隨(suí)填充度的增加而(ér)降(jiàng)低，我(wǒ)們(mén)最近(jìn)在實驗(yàn)室研究的一(yī)個(gè)水性(xìng)納米粒子丙烯(xī)酸酯(zhǐ)係統(數(shù)據未顯示)就是這種(zhǒng)情(qíng)況。另一方(fāng)麵，為了實現最大(dà)的(dí)顆(kē)粒(lì)基質(zhì)相互作(zuò)用的(dí)原位(wèi)表(biǎo)麵改性(xìng)的(dí)矽烷化是在萊(lái)布(bù)尼(ní)茨研究(jiū)所研發的(dí)。這(zhè)一(yī)專利的概(gài)念(niàn)是(shì)基於聞(wén)名的化學反應與一個新(xīn)過程(chéng)的(dí)組(zǔ)合。顆(kē)粒(lì)表(biǎo)麵(miàn)矽烷化(huà)包括前體步驟(zhòu)(通過相(xiāng)應的烷(wán)氧(yǎng)基(jī)矽(guī)烷的(dí)水解形成的矽(guī)醇(chún)基取代(dài))和矽(guī)烷醇與(yǔ)表麵羥(qiǎng)基(jī)縮合(hé)來結(jié)合擴(kuò)散，從(cóng)而(ér)提(tí)供表麵活性。因(yīn)為(wéi)這(zhè)些過程是(shì)丙烯(xī)酸酯基(jī)的(dí)自身反應(yīng)，並不需要(yào)不確定(dìng)的反式(shì)擴(kuò)散(sàn)。最(zuì)後，每個顆粒(lì)都有(yǒu)了(liǎo)自己(jǐ)的(dí)矽烷均匀(yún)包(bāo)裹，再交聯(lián)與(yǔ)基(jī)體(tǐ)形成堅(jiān)硬(yìng)的質(zhì)膜。如(rú)太陽(yáng)能(néng)電池所用的透明薄膜，就需要非常(cháng)精(jīng)細的納(nà)米(mǐ)顆粒。操(cāo)作會(huì)產生氣(qì)相(xiāng)二(èr)氧(yǎng)化矽納(nà)米粒子(Degussa的氣相二氧(yǎng)化矽(guī)比表(biǎo)麵積(jī)至少200m2/g，即Aerosil200和Aerosil380)未(wèi)經(jīng)表(biǎo)麵處理的(dí)這些(xiē)粒(lì)子通(tōng)常作(zuò)為(wéi)一(yī)種觸變劑(jì)，百分之(zhī)幾(jī)的質(zhì)量足以將(jiāng)清漆(qī)變成(chéng)高粘度(dù)的膩子(zǐ)。這種(zhǒng)效果(guǒ)當(dāng)然也(yě)發(fā)生在中(zhōng)納(nà)米復(fù)合材(cái)料(liào)的(dí)合成過(guò)程
：納米顆粒(lì)必(bì)須計量(liáng)並慢慢(màn)加到到有丙烯(xī)酸(suān)酯(zhǐ)的分散(sàn)機TORUSMILL®中(zhōng)，這(zhè)種分(fēn)散(sàn)機的引擎(qíng)具有很(hěn)高(gāo)的扭矩力，並能滿(mǎn)負(fù)荷(hé)運(yùn)轉。隨(suí)著(zhuó)分散(sàn)的(dí)開(kāi)始(shǐ)並(bìng)在表麵(miàn)反應的輔助下(xià)，納(nà)米復(fù)合材料的粘(nián)度(dù)再(zài)次下(xià)降。當降低轉矩力，機器上(shàng)會(huì)顯示(shì)出綜(zōng)合數(shù)值(zhí)，一次告知(zhī)操(cāo)作員(yuán)什(shí)麼時候(hòu)恢復供給二(èr)氧化(huà)矽納(nà)米(mǐ)顆(kē)粒(lì)。一個完全(quán)自動化(huà)的耦(ǒu)合轉矩(jǔ)控製和粒子計(jì)量(liáng)已(yǐ)經應(yīng)用(yòng)在(zài)TORUSMILL® TM500中(zhōng)。

透明清(qīng)澈的(dí)納(nà)米(mǐ)復(fù)合材(cái)料——使(shǐ)用TORUSMILL®

使用傳統的(dí)分散(sàn)機是(shì)不可能得到完全透明清澈的清(qīng)漆而(ér)且完(wán)全(quán)沒有(yǒu)附(fù)聚(jù)物(wù)的(dí)。這就(jiù)是(shì)TORUSMILL®專利(lì)係統的關鍵之處，分散(sàn)機(jī)的預分散與研磨(mó)砂的(dí)創新結合，能有效地(dì)對(duì)基(jī)料先作(zuò)預分散(sàn)，之(zhī)後用(yòng)高(gāo)性(xìng)能的珠(zhū)磨作(zuò)研(yán)磨(mó)，不再需要(yào)轉移基(jī)料
：已經合成(chéng)了納米(mǐ)粒子(zǐ)超過20%質(zhì)量百(bǎi)分比的(dí)透(tòu)明(míng)清(qīng)澈的納米(mǐ)復合(hé)材料。透(tòu)明(míng)清澈(chè)的意思是(shì)通過半米(mǐ)厚的(dí)納米復合(hé)材料(liào)，仍(réng)能(néng)看到(dào)放(fàng)在桶底的硬(yìng)幣上的(dí)字(zì)母。TORUSMILL®係列為納米復合材料的(dí)合成(chéng)綫路(lù)的(dí)發展(zhǎn)提供了極大的便(biàn)利。 TORUSMILL® TM 10已(yǐ)經大(dà)批量(liáng)運(yùn)用在10L的規(guī)模原料(liào)下，也(yě)已經有了一(yī)些經驗(yàn)，更(gēng)大的(dí)機器通(tōng)常需要用更(gēng)多的時間(jiān)。很快將(jiāng)會(huì)大(dà)批(pī)量(liáng)生產(chǎn)100L的(dí)型(xíng)號 (圖(tú)2是TM100) 或者是半噸(dūn)規模的(TM500)。這種方(fāng)式就是(shì)購買原材料從實驗(yàn)室(shì)小(xiǎo)樣(yàng)到試(shì)生產(chǎn)到擴大(dà)規模(mó)生產的(dí)時理步(bù)驟(zhòu)。

最終(zhōng)的產(chǎn)品

通過在TORUSMILL®上(shàng)的IOM係統(tǒng)生產(chǎn)的(dí)丙烯酸酯納米復合材料(liào)表(biǎo)現(xiàn)出(chū)令(líng)人驚訝(yà)的低(dī)粘度(dù)，使我(wǒ)們製造出(chū)高(gāo)填充度且塗層柔韌(rèn)耐磨(mó)的太陽能電池(chí)。柔(róu)性(xìng)太陽能電(diàn)池(chí)還在試(shì)生產(chǎn)階(jiē)段，而(ér)丙(bǐng)烯酸酯納米復(fù)合材料已經由萊比錫的(dí)Cetelon Nanotechnik成噸(dūn)大(dà)批量(liáng)生產(chǎn)並(bìng)由WKP Unterensingen進(jìn)一步加工(gōng)成(chéng)了(liǎo)耐受性較強，超(chāo)細(xì)克拉級(jí)的(dí)箔。

圖2: 來自VMA Getzmann的TORUSMILL®TM100安裝(zhuāng)在(zài)能在IOM研製納米(mǐ)合成(chéng)材(cái)料的(dí)AFM掃描儀前麵，這台掃描(miáo)儀能展示(shì)顆(kē)粒被碾磨成(chéng)堅硬(yìng)骨料(70nm)的合成過程(chéng)。

Fig. 3:柔性(xìng)電池和(hé)尺(chǐ)子比(bǐ)較.