CN103917503A - 具有自洁特性的抗反射性和抗污性涂料 - Google Patents

Abstract

本发明的实施方案涉及涂料及其用途。更具体说来，本发明的实施方案涉及包含用来通过溶胶-凝胶过程生成涂层的硅烷基前体的涂料组合物。这样形成的涂层的特征在于抗反射性、耐磨损性和抗污性。涂料也对热、潮湿具有增强的耐候性并防环境腐蚀物。由本文描述的组合物形成的涂料具有广泛的应用，包括，例如用作太阳能电池的外层玻璃的涂料。

Description

具有自洁特性的抗反射性和抗污性涂料

发明背景。

发明领域

本发明的实施方案涉及涂料及其用途。更具体说来，本发明的实施方案涉及涂料组合物，其包含用来通过溶胶-凝胶过程生成涂层的硅烷基前体。生成的涂料的特征在于抗反射性、耐磨损性和抗污性。涂料还对热和潮湿具有增强的耐候性和防环境腐蚀物。由本文描述的组合物形成的涂料具有广泛的用途，包括，例如用作太阳能电池或面板的外层玻璃的涂料。

相关领域的描述

抗反射涂料应用于广泛种类的商业用途，范围包括太阳镜、窗、汽车挡风玻璃、相机镜头、太阳能面板和建筑系统。当光线通过不连续的介电常数梯度传送时这些涂料使玻璃表面上的反射最小。光反射通常导致穿过透明材料的透光度减少。对于光学应用而言，大部分入射光最高效地通过界面是重要的。在本上下文中，抗反射涂料在光学应用方面提供有用的益处。

抗反射涂料通常用于玻璃、丙烯酸树脂和用作与建筑结构或能量发生和节能系统有关的窗和玻璃面板的其它透明材料。在建筑物窗方面，它们用来使入射光的射入最大，以保持适当的光照或天然气氛以及使来自玻璃表面的散射最小。在能量产生和节能装置，诸如太阳能面板和集光器方面，对于相同的成本，由于更大的透光度，因此，增加的能量生成，抗反射涂料的效用在于这些装置的增强的效能。

为使光学元件最佳地运行，必须使它们免于可能减少透光率并因此降低涂料性能的表面污染和沉积(例如，污垢)。尤其是，对于暴露于外部环境的光学元件，诸如太阳能面板和建筑物窗口，长期暴露于环境中的化学或物理成分通常导致污垢沉积在光学元件的表面。污垢可包括沙粒、泥土、烟灰、粘土、地质学矿物微粒、空气携带的气溶胶和有机颗粒诸如花粉、细胞残骸、生物学和基于植物的粒状废物和存在于空气中的粒状冷凝物。随着时间的过去，这样的污垢的沉积显著减少光学元件的光学透明度。结果，存在与这类光学元件，诸如透明窗口和太阳能面板的常规清洁相关的人力和财力的大量支出。

可将在这类光学元件上的污垢沉积分为两种类型：物理结合和化学结合的颗粒物质。由于微弱的物理的相互作用诸如物理缠结、裂缝捕集和在光学元件的粗糙表面，诸如窗户表面上在毫微尺度(nanoscale)或微尺度的边缘、阶梯、台阶、露台和边界内的微粒捕集，物理结合的颗粒松散地保持着。可用适度能量的力量诸如风、来自机械风扇的空气或者借助下雨产生的水流或其它人工产生的水流来源诸如水龙带或喷雾器，排出这些颗粒。另一方面，化学结合的颗粒的特征在于颗粒本身之间和颗粒物质和光学元件本身，诸如，在例如，窗户中使用的玻璃或丙烯酸树脂(例如，树脂玻璃)之间存在化学相互作用。在这些情况下，去除这些颗粒变得困难并通常需要采用物理手段诸如高压水管冲洗或手工擦洗或者二者。作为选择，可对光学元件采用化学手段诸如应用强力的溶剂、表面活性剂或洗涤剂以使污垢颗粒从表面释放。

如所述，可根据天然清洁现象诸如降雨稍微除去环境暴露的光学元件，诸如窗户和太阳能面板上的污垢。然而，雨水仅有效除去松散(物理地)保留的颗粒物质，而不能除去可能牢固(化学地)结合到光学元件，诸如玻璃或窗户表面的颗粒物质。此外，雨水通常含有在其下落期间从环境吸收的溶解物质，当干燥时，其可留下可见膜。

其中最佳光透射是重要的所有外部暴露的光学元件，诸如窗户材料和太阳能面板本身需要涉及其维护方案的某种形式的常规清洁工作。事实上，在制备期间以及常规地在使用期间，清洁这些部件的表面。通常用水、洗涤剂或其它工业清洁剂清洗这些部件，诸如太阳能面板的表面。因此，施加于这些光学元件的抗反射涂料需要能承受普通清洁剂包括洗涤剂、酸、碱、溶剂、表面光洁剂和保持其抗反射效果的其它研磨料的使用。由于污垢或其它环境微粒的清洁和沉积随着时间的过去对这些涂料的磨蚀会降低其性能。因此，抗反射涂料的耐磨损性是重要的考量。例如，尤其就太阳能面板的长期的功能性而言，针对太阳能面板采用的涂料，抗磨蚀性是重要的考量。

大多数抗反射涂料基于作为优选材料的氧化物。某些抗反射涂料或者由基于极多孔的氧化物涂料构成，或者作为选择，由不同氧化物堆积而成。根据涂料和污垢颗粒的类型，这些氧化物材料借助氢键、静电和/或共价相互作用与污垢颗粒进行化学反应。因此，这些基于氧化物的涂料具有天然的亲和力以连接在其表面的分子。进一步地，高度多孔性涂料可将污垢纳米颗粒物理地捕集在其多孔结构中。因此，当前的抗反射涂料的特征在于，与污垢纳米颗粒和环境中的其它化学物质的物理和/或化学相互作用的固有亲和力，并在其使用寿命期间受要保持表面清洁的严重缺点的困扰。

进一步地，具体就太阳能面板而言，一个涉及抗反射涂料的最常见的问题是其覆盖整个太阳光谱的性能。尽管有仅在太阳光谱的窄区域中有效的数种抗反射涂料，为效能最大，合乎需要的是在从300 nm至1100 nm的整个阳光区域，抗反射涂料同样地表现优异。

因此，本领域存在对这样的涂料的需求，即所述涂料可提供包括抗反射性(诸如可减少来自适当光学表面的光反射和散射的涂料)；抗污性或自净化性质(诸如抗污垢颗粒的结合(例如，抗污垢颗粒的化学和物理结合)和吸附的涂料表面)；耐磨损性(诸如对普通清洁剂诸如洗涤剂、溶剂、表面活性剂和其它化学和物理研磨剂的稳定性)；和紫外线稳定性或覆盖整个太阳光区域的适用性能的组合益处。

此外，有益的是这样的涂料通过呈现足以经受环境中的物理对象诸如沙子、卵石、树叶、树枝和其它天然存在的物体的冲击的强度、耐磨损性和硬度而为机械上坚固的。有益的将是，这样的涂料还要呈现机械稳定性以致新制备的涂层或薄膜会更少可能出现限制其最佳性能的裂缝和擦痕，从而使这样的涂料在相对更长的使用期更加有效。此外，有益的将是，这样的涂料要能承受其它环境因素或条件诸如热和潮湿和要对环境中存在的气体和其它分子在化学上是不相互影响或为惰性的，且对光、水、酸、碱和盐不起反应。也就是说，迫切需要提供具有能减少涂料与外源颗粒(例如，污垢)的相互作用，以改善涂料的长期性能的化学结构的涂料。

还优选能采用普通技术诸如旋涂；浸涂；淋涂；喷涂；喷雾沉积；超声、热或电沉积方式；微沉积技术诸如喷墨、喷雾射流或静电印刷术；或者工业打印技术诸如丝印、点阵打印等，在光学表面，诸如窗户表面或太阳能面板表面沉积这样的涂料。

也优选能在相对低的温度，诸如低于150℃下干燥和固化这样的涂料，以致涂料能在事先已经附加于其它温度敏感材料的底物例如完全装配好的太阳能面板上施加、干燥和固化。

发明概述

本发明提供包含硅烷前体或硅烷前体的组合、溶剂、任选的酸催化剂或碱催化剂和任选的另一种添加剂的涂料组合物。水解涂料组合物以得到能被涂布在底物上、形成凝胶的溶胶，随后使其干燥并固化，形成具有抗反射性、抗污性或自洁性和耐磨损性的组合的涂层。因此，本发明提供的抗反射涂层在物理上、机械上、结构上和化学上是稳定的。

在某些实施方案中，涂料组合物包括含有能用来构成透明底物诸如太阳能面板的涂料的四烷氧基硅烷、有机硅烷和有机氟代硅烷的溶胶的组合。在某些实施方案中，涂料组合物的组成基于溶剂、pH、溶剂对水之比和溶剂对硅烷之比的精确选择，这使生成的溶胶在相当长的时间段保持稳定，而不在其化学或物理性质方面表现出变化。

本发明还提供涂布本发明涂料和采用这样的涂料的方法。在某些实施方案中，底物处理的方法包括底物的预处理的方法，所述方法基于化学处理、蚀刻和/或打磨或清洁步骤，这使得溶胶均匀扩散生成厚度介于50 nm-200 nm的薄膜或涂层。之后，在某些实施方案中，本发明包括将溶胶施加至底物并使溶胶胶化，以形成具有想要的性质的涂层。在某些实施方案中，向底物施加溶胶包括辊涂(drop rolling coating)和/或淋涂，其导致溶胶均匀沉积以形成平顺、均匀和无裂缝的涂层。在某些实施方案中，本方法包括在高温和湿润的特定条件下热处理涂布的物品，以形成强力粘附到底物、无裂缝和/或剥落的化学上耐久的涂层。

在某些实施方案中，本发明通过提供抗反射益处和/或通过提供抗污性益处以加强抗反射益处，提供涂料组合物作为建筑物和房屋中的建筑上的窗户的性能加强辅助的用途。在其它实施方案中，本发明提供涂料组合物作为在透明表面的处理方面(其需要常规清洁)的性能加强辅助使其自洁的用途。

在某些实施方案中，本发明提供适于用作太阳能模块装置的外覆盖层的经镀膜玻璃基物品，其具有抗反射性、疏水性和/或疏油性的，并表现出抗磨损、紫外光、高温、湿润、腐蚀物诸如酸、碱、盐和清洁剂诸如洗涤剂、表面活性剂、溶剂和其它磨蚀剂性。

附图的几个视图的简述

图1说明表示由实施例1中给出的组合物制备的在玻片上的涂料带来的2%最大透射增强的紫外可见光透射光谱；

图2说明表示由实施例2中给出的组合物制备的在玻片底物上的涂料带来的3.4%最大透射增强紫外可见光透射光谱；

图3a是由实施例1的组合物制备的在玻片底物上的涂料的SEM横截面视图；

图3b是由实施例1的组合物制备的玻璃底物上的涂料的SEM斜视图；

图4a是由实施例2的组合物制备的在玻片底物上的涂料的SEM横截面视图；

图4b是由实施例2的组合物制备的玻璃底物上的涂料的SEM斜视图；

图5表示由实施例1的组合物制备的涂料的XPS光谱；

图6表示由实施例2的组合物制备的涂料的XPS光谱；

图7a说明表示由实施例1的组合物制备的在玻片底物上的涂料的压痕深度剖面图和硬度的纳米压痕数据；

图7b说明表示由实施例1的组合物制备的在玻片底物上的涂料的压痕深度剖面图和杨氏模量的纳米压痕数据；

图8a说明表示由实施例2的组合物制备的在玻片底物上的涂料的压痕深度剖面图和硬度的纳米压痕数据；

图8b说明表示由实施例2的组合物制备的在玻片底物上的涂料的压痕深度剖面图和杨氏模量的纳米压痕数据；

图9说明对根据本发明的某些实施方案制备的涂料的光透射快速沾污研究结果；和

图10说明对根据本发明的某些实施方案制备的涂料的污垢粘附的快速沾污研究结果。

发明详述

下面结合各附图描述本发明的多个实施方案；然而，该描述不应被视作对本发明范围的限制。而是应将其视作落入如权利要求书中所限定的本发明范围内的各实施方案的示例。此外，还应意识到，不应将对“发明”或“本发明”的提及解释为表示，描述仅涉及一个实施方案，或者每一实施方案必须包含与特定实施方案相关而描述的或与这类短语的使用相关而描述的给定的特征。事实上，本文描述具有共同和不同特征的各种实施方案。

本发明一般涉及提供各益处包括抗反射性、抗污性、自洁性和加工灵活性以及其它益处的组合的涂料。因此，本发明涂料可用在底物，诸如透明底物上，以增加穿过底物的透光性。尤其是，涂料可用在透明底物诸如玻璃或太阳能面板的前面板玻璃上。

本发明特别地完全适于与用于太阳能发电(“太阳能玻璃”)的玻璃一起使用。应理解，太阳能发电包括太阳能光伏和太阳能热，其中日照或者作为用来产生热的终点或者作为中间步骤，以产生电流。此外，应理解，太阳能玻璃可用于任何用途，例如，其中期望穿过玻璃的太阳能的最大透射，诸如用于温室。通常太阳能玻璃是高透光低铁玻璃。其可为或者浮法玻璃，即熔融锡浴上形成的平板玻片，或者为压延玻璃，其中通过辊子的作用形成平板玻璃。浮法玻璃往往具有在玻璃底部存在锡污染的特征(“锡面”)。压延玻璃通常在一面上有纹理以改善其在太阳能面板方面的性能。例如，也使其形成管状诸如在太阳能热能产生中或在某些形式的太阳能光伏发电中用作接收器诸如，Solyndra提供的那些。本发明也应用于用作在太阳能发电诸如抛物线槽(parabolic trough)系统中或定日镜中的反光镜的玻璃表面。其也可用来涂覆各种玻璃透镜诸如用于太阳能热能产生的菲涅耳透镜。此外，太阳能玻璃可具有施加的各种涂料。例如常用涂料是在玻璃的一面上的透明导电氧化物诸如氧化铟锡(ITO)。该涂料用来为许多薄膜太阳能面板技术提供前电极。可存在其它涂料，诸如密封用来制备玻璃但当经水滤出时会产生长期可靠性问题的碱离子诸如Na⁺和Ca⁺的涂料。解决该问题的其它技术是减少在玻璃表面的薄层中的这些离子。太阳能玻璃也可涂以反光表面以形成反光镜。太阳能玻璃可回火或不回火。回火玻璃明显更坚固，且用其制备的太阳能面板通常只需要一块玻璃。用未回火的前部的玻璃制备的太阳能面板通常需要后部的回火玻璃块以满足强度和安全要求。许多薄膜太阳能光伏技术也采用前部玻璃作为底物，包括太阳能电池的材料在其上沉降。在太阳能电池的制备期间所采用的工艺可能不利地影响玻璃上的任何现有涂料的性质，或者现有涂料可能干扰到太阳能电池的制备工艺。本发明完全接受太阳能面板厂商选择的玻璃的类型。其对浮法玻璃或压延玻璃起完全同样的作用。其不受锡对浮法玻璃的污染的影响。

采用ITO (或类似的)涂布玻璃的太阳能面板制造商的一个关键问题是回火。要得到低成本、质量的ITO涂布的回火玻璃是极为困难的。因此，回应ITO镀膜玻璃的太阳能面板制造商采用未回火玻璃，需要在太阳能面板的背面上采用第二块回火玻璃。此外，即使可得到适用的ITO涂布的回火玻璃，某些薄膜太阳能制备工艺在制备期间加热玻璃至退火的程度。市场上所有现有的抗反射玻璃都经回火，因为抗反射性涂料实际上在回火加工期间形成。回火是玻璃经其从600℃加热至700℃，然后，快速冷却的工艺。该高回火温度有效烧结抗反射性涂料，赋予其最终的机械强度。因此，不能采用回火玻璃的太阳能面板制造商通常不能采用抗反射玻璃。本发明可在20℃-200℃之间和20℃-130℃之间并进一步在80℃-200℃之间的低温下施加并固化。该低温促进完整的太阳能面板的涂布而不损坏面板。因此其是未回火太阳能玻璃的使用者的抗反射性的解决方案。

本发明涂料的低温固化也为太阳能面板制造商提供超出未回火抗反射玻璃之外的实质的益处。由于能无须回火步骤涂布玻璃，太阳能面板制造商可应用其所有的抗反射性涂料。目前，对大回火炉的需要意味着太阳能面板制造商局限于从玻璃制造商购买抗反射玻璃。这意味着，他们必须保持抗反射性镀膜玻璃和非镀膜玻璃两种存货(inventory)。由于这些不能交换使用，存货的灵活性下降，手头需要保持更大量的存货。太阳能面板制造商施加其拥有的涂料的能力意味着他们恰恰能拥有更少的非涂布玻璃库存，到时按需要向其施加抗反射涂料。

此外，现有的抗反射涂料在太阳能面板制备过程期间易于刮坏。通常太阳能面板制造商必须使用塑料片或纸片保护涂层。由于本发明涂料可施加于完全制备好的太阳能面板，其可在制备过程的最后应用，从而在制备过程中无须保护片并消除对涂料的损伤机会。

来自不同制造商的现有抗反射涂料趋于具有柔和的色彩、纹理和光学差异。这就给想要其产品具有完全一致的装饰表面的太阳能面板制造商带来难题。如果他们制造大量的太阳能面板，几乎不可避免地他们将不得不从不同的供应商订购抗反射玻璃，致使最终产品的外观有些微差异。然而，本发明涂料使太阳能面板制造商能运用其拥有的涂料，从而使超过无限量的太阳能面板装饰一致。

此外，对于其抗反射性，本文描述的涂料表现出抗污性和/或自洁性，因为其抗污垢粘附并有利于通过水的作用去除任何粘附的污垢。更具体地说来，本文描述的涂料的特征在于使污垢经物理方式沉积最小化的极微孔性。此外，这些涂料的特征在于抗化学和物理相互作用并使其易于去除颗粒的低能量表面，从而使表面基本抗污。与环境(诸如污垢)减少的物理和/或化学相互作用使得这些涂料的暴露的表面更不易于结合污垢，也使其更容易以最小的力量或能量花费来清洁。

通常，为彻底清洁普通玻璃，需要机械作用，例如刷子或高压喷嘴以去除坚固地粘附到表面的污垢。然而，本发明涂料所呈现出的表面使污垢更加被水而不是被表面所吸收。因此，在水的存在下，无须机械作用可高效除去停留在表面上的任何污垢。这意味着在天然或人工降雨的存在下，无须人或机械介入，镀膜玻璃会实现高水平的清洁。此外，清洁玻璃所需要的水量得以大大减少。假定太阳能发电的最有效的位置趋于阳光明媚下的暖和与干燥，这具有特别的意义。因此，在恰恰是太阳能最起作用的地方，水是特别昂贵和稀缺的资源。

本发明使太阳能发电系统的经营者能显著减少水准化(Levelized)能源成本(LCOE)。首先，抗反射性提高了太阳能面板的效能。在太阳能发电系统的建造方面，增加的功效使系统平衡(BOS)成本中的成本下降。因此，对于给定规模的系统，投资成本和建造人工成本更低。其次，抗污性通过减少由于变脏产生的损失增加太阳能面板的能量输出。第三，由于需要更少的洗涤或完全无需洗涤，削减了与洗涤相关的人工和水的成本，使运行和维护(O&M)成本下降。

本文描述的涂料也含有防水和防油的氢氟烃(hydro/fluoro-carbon)基团，使其化学上不具反应性和不相互作用。当与玻璃底物组合使用时，采用使其强烈粘附并使其坚固、耐久和耐磨损和耐刮擦的硅氧烷键结，将涂料结合至玻璃表面。总之，这些涂料在物理上和化学上不反应，机械和结构上稳定，疏水、疏油和遍及紫外光谱的稳定。因此，应意识到，本文描述的涂料特别适用于暴露于环境的透明底物，诸如外窗和太阳能面板的面板玻璃。

通常，通过溶胶-凝胶过程制备本文描述的涂层。起始组合物，称为“涂料混合物”或“涂料组合物”，包括当水解和浓缩时在液体溶胶中形成颗粒的微粒悬液的硅烷前体或硅烷前体的组合。可采用本领域已知的涂布技术将该溶胶涂布在底物上，胶化成凝胶，并干燥成具有上述性质的硬层或涂层。固化干燥的凝胶的工艺进一步使其硬化。

通常，通过采用最终涂料的形成中的各组分的特定组合，提供上述涂料的产生的性质。尤其是，在提供具有想要的性质的涂料方面，在与涂料混合物中的其它组分的组合中选择特定的硅烷前体或硅烷前体的混合物是重要的。例如，在某些实施方案中，由包括烷氧基硅烷、有机硅烷和有机氟代硅烷的硅烷前体的混合物制备涂料。在某些实施方案中，单独的涂料混合物或硅烷前体的混合物可用来形成单独的溶胶，然后可将其合并，形成应用于要涂布的底物的最终溶胶。此外，合并在一起的单一的溶胶或分开制备的溶胶，可与另一种硅烷前体合并，形成应用于要涂布的底物的最终溶胶。

应意识到，除了任何硅烷前体外，涂料混合物还可包括其它组分。例如，硅烷前体可与水或者混有水、酸或碱催化剂和赋予、提供、调整和/或调节生成的涂料的内在结构、性质、功能和性能的一种或多种组合物修饰添加剂的溶剂混合。组合物修饰添加剂可包括粒度修饰添加剂、交联添加剂和表面修饰添加剂。以下更详细地描述涂料混合物中这些组分的每一种。

应意识到，长期溶胶稳定性，如无凝胶或沉降的液态的保留所定义的，在实际使用中是重要的。因此，在环境贮存条件下在约3个月-约6个月的时间范围内，本发明提供的溶胶在化学和物理上是稳定的。在某些实施方案中，当于4℃下贮存时，溶胶在介于约6个月-约9个月的时间范围内是稳定的。溶胶的稳定性取决于几个因素，包括硅烷前体的具体组合、溶胶的pH控制、具平衡氢键的溶剂的选择、极性和非极性基团、在涂料混合物中溶剂对水之比的平衡和硅烷对溶剂比例的平衡，下文更详细地描述它们中的每一个因素。

现在描述用于涂料混合物的各具体组分。如所述，硅烷前体 或硅烷前体的组合被用于涂料混合物，以生成本发明的涂料。可根据想要赋予生成的涂料的性质选择用于制备涂料的硅烷前体。在某些实施方案中，由于玻璃表面和涂料组合物的各组分之间的强Si-O-Si键的形成，根据其粘附玻璃的趋势，选择硅烷前体。

例如，当水解时，由于围绕各硅原子的四个Si-O-Si连键的形成，四烷氧基硅烷形成广泛交联的结构。这些结构的特征在于机械稳定性和耐磨损性。为赋予最终涂料的疏水性，除四烷氧基硅烷之外还可采用经有机修饰的硅烷(诸如甲基三甲氧基硅烷)。此外，为赋予疏油性和抗污性特征，除四烷氧基硅烷外，还可采用有机氟代硅烷。

在某些实施方案中，硅烷前体可为烷基三烷氧基硅烷、四烷氧基硅烷、有机硅烷、有机氟代硅烷或这些中的任何一种或多种的组合物。烷基三烷氧基硅烷的烷基可为甲基、乙基或丙基。四烷氧基硅烷是具有(OR)₄Si型，其中R = H、甲基、乙基、异丙基或叔丁基。四烷氧基硅烷可为甲氧基、乙氧基或异丙氧基或叔丁氧基类似物。有机硅烷具有(OR)₃Si-R’型，其中R = H、甲基、乙基、异丙基或叔丁基，和R’ = 甲基、乙基或丙基。有机硅烷前体甲基三甲氧基硅烷可经三乙氧基或三异丙氧基衍生物取代。有机氟代硅烷具有(OR)₃Si-Rf’型，其中R = H、甲基、乙基、异丙基或叔丁基，和Rf’ = 3,3,3-三氟代丙基或十三氟-1,1,2,2-四氢辛基。有机氟代硅烷前体可为(3,3,3-三氟代丙基)三甲氧基硅烷或(十三氟-1,1,2,2-四氢辛基)三甲氧基硅烷。

在其它实施方案中，涂料混合物可包括有机二氧化硅单体、低聚物、颗粒、聚合物和/或由具有通式(X)_nSi(R)_4-n 和/或 (X)_nSi-(R)_4-n-Si(X)_n的起始原料的单一组分或混合物制备的有机硅酸盐材料的凝胶，其中X包括卤化物、醇盐、羧化物、磷酸盐、硫酸盐、氢氧化物和/或氧化物；n= 1、2或3；和R是烷基、链烯基、炔基、苯基或次苄基烃和/或具有1-20个碳原子的氟代烃链，和要溶解或分散有机硅烷的溶剂。

如所述，在某些实施方案中，硅烷前体的组合可用于涂料混合物。这些硅烷前体之比可独立地有所不同，以细微地调节和修饰最终涂料的总体特性。对于由这些前体制备的溶胶的稳定性以及对于由这些溶胶制备的薄膜和涂层的功能和性能，硅烷前体的化学计量比本身是重要的。例如，为机械稳定性和耐磨损性而形成稳定的交联网络，这些前体中的每一种的相对比例是重要的。

在某些实施方案中，采用三种硅烷前体。在某些实施方案中，所用的三种硅烷前体可包括烷氧基硅烷、有机硅烷和有机氟代硅烷。在某些实施方案中，烷氧基硅烷可为烷基三烷氧基硅烷或四烷氧基硅烷。烷基三烷氧基硅烷的烷基可为甲基、乙基或丙基。四烷氧基硅烷具有(OR)₄Si型，其中R = H、甲基、乙基、异丙基或叔丁基。四烷氧基硅烷可为甲氧基、乙氧基或异丙氧基或叔丁氧基类似物。有机硅烷可具有(OR)₃Si-R’型，其中R = H、甲基、乙基、异丙基或叔丁基，和R’ = 甲基、乙基或丙基。有机硅烷前体甲基三甲氧基硅烷可经三乙氧基或三异丙氧基衍生物取代。有机氟代硅烷可具有(OR)₃Si-Rf’型，其中R = H、甲基、乙基、异丙基或叔丁基，和Rf’ = 3,3,3-三氟代丙基或十三氟-1,1,2,2-四氢辛基。有机氟代硅烷前体可为(3,3,3-三氟代丙基)三甲氧基硅烷或(十三氟-1,1,2,2-四氢辛基)三甲氧基硅烷。在某些实施方案中，所用的三种硅烷前体可包括四甲氧基硅烷或四乙氧基硅烷(作为四烷氧基硅烷)、甲基三甲氧基硅烷(作为有机硅烷)和三氟代丙基三甲氧基硅烷或(十三氟-1,1,2,2-四氢辛基)三甲氧基硅烷(作为有机氟代硅烷)。在某些实施方案中，所有硅烷前体的总浓度可在约1%重量-约10%重量范围内。在某些实施方案中，所有硅烷前体的总浓度可在约1%重量-约4%重量范围内。

除采用的所有硅烷前体的总浓度之外，每一种的相对量也是重要的。例如，在用三种硅烷前体的实施方案中，要加至涂料混合物中的每一种的相对量取决于数个因素，包括涂料混合物中的视觉上的溶胶均一性、薄膜或涂层一经沉积在底物上的均匀性和想要的涂料的耐磨损性。更具体地说，调整三种硅烷中每一种的相对量，以细微地调整溶胶的均一性、调整薄膜或涂层的均匀性和控制最终涂料的耐磨损性。应意识到，无论硅烷前体是否被加至同一涂料混合物或是否采用单独涂料混合物生成单独的溶胶，然后将其合并以形成要应用于给定底物的最终溶胶，都要确定所用各种硅烷的相对量。也就是说，根据要应用于给定底物的最终溶胶中存在的每种硅烷前体的量，确定各硅烷前体的相对量。

关于溶胶的均一性，如果采用三种硅烷前体，则会将每一种在溶剂介质中水解而形成溶胶。然而，烷氧基硅烷诸如四烷氧基硅烷具有极性且亲水，而有机硅烷和有机氟代硅烷是疏水的。因此，它们互相之间和与溶剂基质之间呈现出不同的相同作用。大用量的有机官能团硅烷(其中的“有机官能团”指带R基团的任何三烷氧基硅烷，其包括有机和有机氟代硅烷二者)导致相分离和聚集，而较少量的有机官能团硅烷产生具有差的抗反射性和抗污性特征的薄膜。因此，为在底物上的由溶胶制备的涂料组合物的想要的功能和用途，必须采用适当的相对量的每一种硅烷前体。

对于薄膜或涂层的均一性，将最终的溶胶施加到底物，随后凝胶化并蒸发溶剂，形成二氧化硅基涂料。由于其与溶剂基质的差异性的相互作用，由不同的硅烷前体制备的颗粒在其溶解性上有所不同。由于在溶剂蒸发期间其有限的溶解度和相分离，大用量的有机官能化硅烷(有机硅烷加有机氟代硅烷)导致不一致的不透明薄膜的发展。另一方面，大用量的四烷氧基硅烷导致呈现出不充分的抗反射性或抗污性特征的薄膜形成。

关于耐磨损性，有机硅烷和有机氟代硅烷分别能形成三种Si-O-Si键，而四烷氧基硅烷可形成四种Si-O-Si键。因此，这些前体的每一种的相对比例对于机械稳定性和耐磨损性而形成稳定的交联网络是重要的。薄膜中的大用量的有机官能化硅烷(有机硅烷加有机氟代硅烷)生成机械稳定性不足和缺乏足够耐磨损性的薄膜。

在某些实施方案中，烷氧基硅烷，诸如四烷氧基硅烷对官能化硅烷(有机硅烷加有机氟代硅烷)总量的相对重量百分比介于约0.2-约 2范围内。在某些实施方案中，该比率在约0.2-约1范围内，和在某些实施方案中，其在约0.5-约1范围内。

类似地，在得到可均匀地涂在底物上并不会生成可减少透过涂料的透光性的稳定溶胶的沉淀或聚集方面，例如，如果涉及太阳能面板盖的使用时，有机硅烷对有机氟代硅烷的相对比例是重要的。有机硅烷和有机氟代硅烷的相对量也决定了疏水性和抗污性特征。相对于如下文所述用于涂料混合物的任何溶剂，这两种前体的结构相似性及其相对溶剂化作用及其分子间的相互作用控制着其互相之间的相互作用。例如，在确定这些组分的比例，有机硅烷和氟代硅烷的链长是重要的。通常，如果这些前体上的所述侧链过大，那末大量的这些前体会产生不透明薄膜。因此，对于在有机硅烷上具有大R基团的前体，需要减少其相对于氟代硅烷和烷氧基硅烷的量。这对于氟代硅烷也是同样适用的。

在某些实施方案中，有机硅烷对有机氟代硅烷的相对重量百分比在约0.5-约1.5范围内。在某些实施方案中，该比率在约0.75-约1.25范围内，和在某些实施方案中，其在约0.5-约1范围内。根据最终生成的涂料的用途，在某些实施方案中，有机硅烷或有机硅烷混合物的量通常可在约0.1%-约90%、约10%-约65%和约10%-约25%重量涂料组合物或混合物的范围内变化。可采用的有机氟代硅烷的实例包括十三氟-(1,1,2,2-四氢辛基)三乙氧基硅烷；十三氟-(1,1,2,2-四氢辛基)二甲基氯代硅烷；3,3,3-(三氟代丙基)三甲氧基硅烷；3,3,3-三氟代丙基)三氯代硅烷；和3,3,3-三氟代丙基)甲基二甲氧基硅烷。可采用的有机硅烷的实例包括甲基三氯代硅烷、甲基三甲氧基硅烷、苯基甲基二乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷和正丙基甲基二氯代硅烷。应意识到，可单独或以任何组合采用前述氟代硅烷和有机硅烷。

如上所述，在某些实施方案中，溶剂可与上述硅烷前体或硅烷前体的组合一起用于涂料混合物。例如，用来生成单一溶胶的溶剂可用于涂料混合物，或者可经合并形成涂布给定底物的最终溶胶的溶剂可用于形成单独的溶胶。

通常地，溶剂是是与水混合的有机溶剂。在溶胶的稳定性方面，以及在赋予由含有水解硅烷前体制备的涂料的特定功能和性能方面，除溶剂/水比例和溶剂/硅烷前体比例之外，用于涂料混合物的溶剂的性质和量也是重要的。溶剂的选择也影响到溶胶的粘度或溶胶在要被涂布的底物的铺展性，以及溶胶颗粒的分子间相互作用和它们与要涂布的底物表面之间的相互作用。除了提供进行溶胶-凝胶反应的基质之外，溶剂还影响到溶胶形成步骤的反应动力学。下文更详细地描述对溶剂的选择和要采用的溶剂的量的各种这些影响。

一个因素是溶剂对硅烷前体的水解和缩合的影响。在溶胶-凝胶过程中，硅烷被水解硅烷醇，其进一步缩合以形成硅氧烷键。溶胶的粒度和随之产生的粘度取决于溶胶中颗粒的数量及其聚集状态。表现出强氢键结合并具有亲水性的溶剂可使单一的溶胶颗粒稳定，使溶胶粘性更小并更稳定更长的时间段。更少粘性的溶胶可形成约50-200 nm薄膜，其有益于提供能产生抗反射性效果的涂料。

另一因素是溶剂的沸点和蒸发速度对在源自溶胶的底物上形成均匀薄膜的的影响。在由涂料混合物或溶胶形成均匀薄膜方面，具有相对低的沸点并因而具有相当大的蒸发速度的溶剂是更令人满意的。随着溶剂蒸发，硅酸盐颗粒紧密汇集在一起并形成网络。如果溶剂蒸发太快，薄膜就不可能均匀。同样地，具有高沸点的溶剂不会在环境条件下以相当大的速度蒸发，从而导致具有更大颗粒的更不想要的不透明薄膜的形成。

在底物上施加溶胶期间，由于溶剂影响溶胶的表面能，溶剂也影响溶胶的综合铺展性。具有更低的表面张力的溶剂使溶胶能更加均匀地铺展在底物上。因此，在某些实施方案中，溶剂提供疏水和亲水基团二者的平衡，以稳定溶胶并提供最佳溶胶粘度。例如，具有3-6个碳原子的适度链长的醇特别有利于降低溶胶的表面张力。

另一因素是氢键和其它的分子间相互作用对溶胶稳定性的影响。当溶胶沉积在底物上时，能参与氢键相互作用的溶剂通过预防聚集和沉淀来稳定溶胶颗粒。含有氢键供体-OH官能团的溶剂，诸如醇 和二醇，与含有氢键受体R-O-R连键的溶剂诸如醚一起特别有利于稳定溶胶的制备。

另一因素是溶剂的毒性、挥发性和可燃性的影响。溶剂的毒性和可燃性可涉及到溶胶的长期贮存和运输。因此，优选具有低毒性、挥发性和可燃性的溶剂。在这点上，醇、二醇和二醇醚是特别有利的。

在溶剂的选择中考虑以上因素，在某些实施方案中，可采用的有机溶剂是含有氢键供体基团的那些，诸如具有-OH基团的醇和二醇，和含有氢键受体基团的那些，如酯(-COOR)、醚(R-O-R)、醛(RCHO)和酮(R₂C=O)。可采用的另一组溶剂包括醇醚和二醇醚酯。这些溶剂提供上述因素关于溶胶的稳定性、粘度和铺展性的平衡。在某些实施方案中，可用于涂料混合物的溶剂包括甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇(异丙醇)、正丁醇、异丁醇、叔丁醇、戊醇、己醇、环己醇、乙二醇、丙二醇、乙二醇单甲基醚、乙二醇二甲基醚、丙二醇单甲基醚、二甘醇二甲醚、丙酮、甲基乙基酮(丁酮)、戊酮、甲基叔丁基醚(MTBE)、乙基叔丁基醚(ETBE)、乙醛、丙醛、乙酸乙酯、乙酸甲酯、乳酸乙酯和前述的任一种的任何组合。在其它实施方案中，有机溶剂可为酮。在其它实施方案中，溶剂可为丙酮、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、叔丁醇等。应意识到，可单独或以任何组合采用前述溶剂。

如所述的，溶剂可与水组合使用。为得到想要的粒度的溶胶，溶剂对水的相对比例是重要的，其依次决定溶胶的粘度和由一经涂覆到底物上的溶胶形成的薄膜的最终厚度。如上所述，在提供具有适当的抗反射性的涂料方面，薄膜的厚度是重要的。

此外，溶剂对水的相对量和溶胶的组成在稳定溶胶颗粒，使颗粒在溶剂基质中保持有效悬浮而不聚集方面起关键作用。具体说来，为提供延长的持续时间(在某些实施方案中，其可能超过4个月)稳定的溶胶，疏水和亲水基团的平衡是必须的，以致溶胶在其性质方面变化不大并仍能在底物，诸如玻璃表面上均匀铺展。这种稳定性对在其施加至底物期间令溶胶适当铺展也是重要的。

溶剂对水之比基本决定溶胶和溶剂在基质中的疏水和亲水位点的平衡。硅烷前体的水解形成含有硅烷醇基团的羟基化颗粒。这些硅烷醇基团被提供氢键的亲水溶剂有效溶解并减少由缩合反应引起的交联。这些硅烷醇基团的缩合生成非极性Si-O-Si键，导致颗粒的交联，并且由于表面羟基的减少，交联结构在更加疏水的介质中被积极促成。同样地，缩合反应导致水分子的释放，这在高水含量的介质中受到阻碍。相反地，含高水含量的介质促成硅烷前体的水解，生成可合并以形成沉淀的水解溶胶颗粒。因此，溶剂对水之比对生成稳定的溶胶是重要的。

尤其是，溶剂对水之比在含有例如，由硅烷、有机硅烷和有机氟代硅烷前体产生的那些的溶胶颗粒的溶解中起重要作用。硅烷前体的性质决定一系列溶胶颗粒表面上的官能团，它们从亲水和提供氢键的Si-OH基团到极性和从接受氢键的Si-O-Si基团到非极性和疏水有机和氟代烷基基团不等。如所述，溶解度和颗粒间的相互作用极其强烈地取决于溶剂基质的组成，特别是溶剂基质的疏水和亲水平衡。

因此，在某些实施方案中，已经发现，对溶胶的稳定性和铺展性最有利的涂料混合物中的溶剂对水的重量百分比在约5-约20范围内。在某些实施方案中，溶剂对水的重量百分比在约6-约12范围内，和在某些实施方案中，其在约7-约10范围内。

包括还有水的情况的溶剂(即，有机溶剂加上水)的合并重量百分比对硅烷前体(即，用于涂料混合物的全部的所有硅烷前体，如果采用不止一种硅烷前体，无论是否一起加入硅烷前体生成一种溶胶或者无论是否先形成单独的溶胶，然后将其合并)的合并重量百分比之比在由涂料混合物制备的涂料的长期稳定性和功能有效性方面起重要的作用。具体说来，该比例可影响溶胶的数个方面，包括溶胶粒度、粘度和稳定性。

采用溶剂溶解硅烷前体以及有效分散溶胶颗粒。含有大量硅烷前体的反应介质具有高有效浓度的硅烷，其能加速水解反应，以形成更小的颗粒，同时含有更低的硅烷前体浓度的反应介质能在溶胶中形成更大的颗粒。含有极小颗粒，诸如大小低于10 nm的颗粒的溶胶，产生透明薄膜；然而，它们不呈现任何抗反射效果。含有更大的颗粒，诸如大小大于100 nm的颗粒的溶胶生成的薄膜趋于半透明或不透明。因此，在某些实施方案中，具有大小在10-50 nm范围内的溶胶颗粒是合乎需要的。

溶剂对硅烷的相对比例也影响溶胶的粘度和表面张力。具有更小的溶剂对硅烷前体比例的高粘度溶胶可能产生过厚的涂料，而具有极高的溶剂对硅烷前体比例的极低粘度的溶胶产生不一致的薄膜和涂层。因此，溶胶中溶剂对硅烷前体的相对量在保持溶胶的适当一致性和为提供足量硅烷以形成具有想要的厚度的薄膜和涂层方面是重要的。在某些实施方案中，控制溶剂对硅烷前体之比以生成具有约60 nm-约150 nm厚度的涂层，这对提供抗反射效果是重要的。

在控制溶胶颗粒的隔离和分离，以防止颗粒间的聚集和结块方面，溶剂对硅烷前体的相对比例也是重要的。在溶剂对硅烷前体的高比例下(即相对于溶剂的低浓度硅烷前体)，颗粒被溶剂基质有效分散，这可保持其分开并减少或防止聚集。然而，由这样的溶胶制成的薄膜缺乏适当的厚度来赋予抗反射、防污和耐磨损性的有用的功能性益处。在溶剂对硅烷前体的低比例下(即，硅烷相对于溶剂的高浓度)，颗粒未有效溶解并悬浮在溶剂基质中，导致聚集和沉淀。由这些溶胶制备的涂料是不透明或半透明的，且通常不适于用作抗反射涂料。

因此，应意识到，溶剂对硅烷前体的精确平衡对于溶胶的稳定性以及由溶胶制备的涂料的功能和性能是重要的。在某些实施方案中，总溶剂(即，水加上有机溶剂)对总的硅烷前体的该有效重量百分比的比率在约25-约125范围内。在某些实施方案中，该比例在约40-约99范围内，和在某些实施方案中，该比率在约50-约75范围内。该比例范围适用于用来生成溶胶的各涂料混合物，该溶胶可经合并以形成施加到给定底物的最终溶胶。

根据上述考虑和比例，在生成溶胶的整个涂料混合物中还包括水的情况下的溶剂(即，有机溶剂加上水)的量可在约50%-约90%重量之间变化。在某些实施方案中，该混合物中溶剂的量可在约80%-约90%重量范围内。在一个实施方案中，可与作为作为在水中的有机溶剂异丙醇一起使用包括四烷氧基硅烷、有机硅烷和有机氟代硅烷的硅烷前体混合物。在这种情况下，异丙醇和水的量可介于约80%-约90%重量范围内。在一个实施方案中，可与作为在水中的有机溶剂异丙醇一起使用包括四甲氧基硅烷或四乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷和三氟代丙基三甲氧基硅烷的硅烷前体混合物，溶剂的量可为86.4%重量。 该比例范围也适用于用来生成溶胶的各涂料混合物，溶胶经合并生成施加于给定底物的最终溶胶。

硅烷前体和溶剂也可与作为催化剂的酸或碱混合，加速硅烷前体的水解。采用的酸或碱的性质和量对溶胶的稳定性以及由含有水解硅烷前体的溶胶制成的涂料的功能和性能是重要的。

当用酸作为催化剂时，其可为或者弱酸或者强酸。它们也可为有机酸或无机酸。当采用碱作为催化剂时，其可为或者弱碱或者强碱。同样地，它们也可为有机碱或无机碱。反应后酸和碱存留于溶胶中。强酸的实例包括盐酸和硝酸。弱酸的实例包括乙酸、三氟代甲磺酸和草酸。强碱的实例包括氢氧化钾、氢氧化钠和氨水。弱碱的实例包括吡啶、氢氧化四乙基铵和氢氧化苄基三乙基铵。

既然酸或碱催化剂存留于溶胶中，其在介质的浓度控制系统的最终pH。为使溶胶的稳定性最大，应控制最终溶胶的pH以避免聚集和沉淀，因为溶胶颗粒具有聚集和形成粘性凝胶或沉淀的趋势。同样地，已经确定溶胶的pH对使pH为溶胶的长期稳定性而保持在适当范围内是重要的。在低pH下，硅烷颗粒带有正电，并因此，由于颗粒间的静电排斥而保持分开。在高pH下，存在形成不产生网络的阴离子硅酸盐的趋势。

已经确定了促进溶胶长期稳定性和耐久性的两个明显的pH稳定性区域。在酸催化剂下，在某些实施方案中，有效的pH在约1-约4范围内。在某些实施方案中，该有效的pH在约2-约4范围内，和在某些实施方案中，该有效的pH在约2.5-约3.5范围内。在碱催化剂下，在某些实施方案中，有效的pH在约7-约10范围内。在某些实施方案中，该有效的pH在约7-约9范围内，和在某些实施方案中，该有效的pH在约7.5-约8.5范围内。

在某些实施方案中，根据使用的溶胶，催化剂的量可在0.001%-约2%、约0.1%-约1%和约0.01%-约0.1%重量涂料混合物范围内变化，溶胶由涂料混合物制备。有用的催化剂的非限制性实例有HCl、HNO₃、H₂SO₄、H₃PO₄、质子化胺诸如N(H/R)_3-n[HX]，其中的X包括卤化物、硝酸盐、磷酸盐或硫酸盐；n = 0、1或2；和R包括烷基烃链，和前述的组合。

在一个实施方案中，包括四烷氧基硅烷、有机硅烷和有机氟代硅烷的硅烷前体的混合物可与作为在水中的溶剂异丙醇和与作为催化剂的0.04 M HCl (酸)或0.05 M NH₄OH (碱)一起使用。在一个实施方案中，包括四甲氧基硅烷或四乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷和三氟代丙基三甲氧基硅烷的硅烷前体的混合物可与作为在水中的溶剂异丙醇和与作为催化剂的0.04 M HCl (酸)或0.05 M NH₄OH (碱)一起使用。在含有作为硅烷前体的预水解的有机硅烷的某些实施方案中，可采用酸催化剂。在这种情况下，溶胶是粘性液体，其可通过辊压、网印或通过采用刷子或将溶胶均匀铺展在底物表面上的其它机械工具制备或应用涂料。

涂料混合物也可任选包括在其应用在底物上之前改善最终涂料的性能或改善溶胶混合物稳定性和保存期的其它组分。这些额外的组分可包括低分子量聚合物、粒度调整添加剂、交联添加剂和表面修饰添加剂。应意识到，可单独或以任何组合将这些任选的添加剂应用于涂料混合物。此外，应意识到，这些额外的组分可与任何硅烷前体和与溶剂的任何组合和上述的酸可碱以任何组合一起使用。

在某些实施方案中，生成溶胶的涂料混合物可任选包括低分子量聚合物。聚合物为涂料的机械稳定性起粘合剂的作用。其也有助于溶胶液体在底物上的均一铺展，以提供均匀的涂料。在某些实施方案中，根据预期采用的最终涂料，聚合物的量可在0.1%-约10%、约0.1%-约1%和约0.2%-约0.5%重量的涂料混合物之间变化，溶胶由涂料混合物制备。可采用的聚合物的实例包括聚(3,3,3-三氟代丙基甲基硅氧烷)、十三氟辛基甲基硅氧烷和二甲基硅氧烷共聚物以及这些聚合物的组合。还应意识到，可采用聚合物和酸催化剂的组合。

在某些实施方案中，制备溶胶的涂料混合物可任选包括粒度调整添加剂。由于涂料的折射率(“RI”)影响通过涂料的光透射或涂料的抗反射性，加向涂料混合物加入组分以调整溶胶中的粒度分布，调节涂料的折射率，增加透过涂料的光透射，从而增加涂料的抗反射能力。

粒度调整添加剂的非限制性实例包括乙酸钠、三(羟甲基)氨基甲烷(“TRIS”)、N-(2-乙酰氨基)亚氨基二乙酸、(4-(2-羟乙基)-1-哌嗪乙磺酸) (“HEPES”)、2-(N-吗啉代)乙磺酸(“MES”)、咪唑、丙醇胺、乙二胺、二乙三胺和3-氨基丙基三甲氧基硅烷。在某些实施方案中，与无粒度调整添加剂的涂料相比，采用粒度调整添加剂增加透光率约0.5%-约2.0%。采用的粒度调整添加剂的量可介于约0.01%-约10%重量涂料混合物的范围内。在某些实施方案中，该范围在约0.1%-约2%重量的涂料混合物。下文实施例1描述粒度调整添加剂的使用。

应意识到，最终涂料的抗反射特性由涂料组成和涂料厚度二者决定。采用粒度调整添加剂的特别惊人和有利的特征在于除提高涂料的抗反射性外，它还促进溶胶的铺展性，这导致更好质量的薄膜的形成。这些粒度调整添加剂上的氢键作用基团通过预防颗粒间的聚集有效地稳定溶胶颗粒。由于其氢键作用性质，其改变溶胶的粘度，并使其适于形成具有想要的厚度的薄膜，在某些实施方案中，厚度在100-150 nm范围内。由于其极性和亲水性，其还改变溶胶与玻璃底物之间的相互作用，并因此，降低溶胶的表面张力，以便能更好地铺展。粒度调整添加剂还与溶剂分子氢键结合，因而降低蒸发速度，使得能够形成均一和均匀的涂层。

在某些实施方案中，制备溶胶的涂料混合物可任选包括增加最终涂料的耐磨损性的交联添加剂。抗反射涂料的耐磨损性对涂料的总体稳定性和对长期性能是必须的。涂料的耐磨损性涉及其经受可导致刻痕和擦痕、缺口、剥落和相关的涂料材料损失的外部机械力的作用的能力。在整体水平上，耐磨损性涉及涂料的硬度和/或刚度，其依次涉及溶胶经交联形成延伸的网络的能力。因此，可借助能通过形成共价键增加颗粒之间的相互作用的交联添加剂提高最终涂料的耐磨损性。

这些任选的交联添加剂包括α,ω-双(三烷氧基硅烷)型的硅烷偶合剂。这种类型的交联剂的具体实例包括双(三甲氧基甲硅烷基)甲烷、双(三甲氧基甲硅烷基)乙烷、双(三甲氧基甲硅烷基)己烷、双(三甲氧基甲硅烷基)辛烷、双(三甲氧基甲硅烷基乙基)苯、双[(3-甲基二甲氧基甲硅烷基)丙基]环氧丙烷。任选地，交联剂可具有三官能团类型诸如三(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)异氰尿酸盐。不受理论的束缚，认为当加至涂料混合物时这些添加剂增加颗粒之间的交联并提高涂料的机械性能。

这些交联添加剂可加至生成溶胶的涂料混合物中，或者，在将单独的溶胶合并以形成最终溶胶的情况下，可将交联添加剂加至那最终溶胶中。所用的交联添加剂的量取决于所用的硅烷前体的量并涉及所用的全部硅烷前体的总量。交联添加剂对全部硅烷之比可在约0.1-约1之间变化。在某些实施方案中，交联添加剂对全部硅烷之比为约0.2-约0.8。对于三官能团硅烷交联添加剂，交联添加剂对全部硅烷之比在这些范围的较低一侧，而对于双官能团交联添加剂，交联添加剂对全部硅烷之比在较高一侧。以下的实施例2描述交联添加剂的用途。

涂料组合物还可任选包括表面修饰添加剂。通常地，会用表面修饰添加剂代替交联添加剂。表面修饰添加剂包括带能相互反应以形成共价键的补充官能团的两个组分系统。通过两步骤方法进行涂料的表面修饰。首先，使带交联官能团的活性前体(例如，带反应性官能团的硅烷偶合剂)结合进溶胶混合物，生成含有官能团的涂料。第二，用能与内含的官能团反应的疏水性反应剂处理涂料。在溶胶已经胶凝后随着任何溶剂蒸发进行该第二个步骤。在某些实施方案中，这可能耗费约30秒-约2分钟。凝胶一经凝固，将凝胶浸入疏水性反应剂，以启动带可交联官能团的活性前体(例如，带反应性官能团的硅烷偶合剂)和疏水性反应剂之间的反应。因此，将带可交联官能团的活性前体结合进涂料，接着用可与涂料中的官能团反应的疏水性反应剂处理涂料，形成在表面上带疏水基团的表面层。

带可交联官能团的活性前体可为被结合进溶胶的硅烷偶合剂，其具有官能团诸如醇或硅烷醇(-OH)、醛(-CHO)或异氰酸酯(-NCO)，而疏水性反应剂具有胺(-NH或-NH₂基团)、硅烷醇(-OH)或烷氧基硅烷基团。硅烷偶合剂可为带有能与疏水性反应剂反应的官能团的烷氧基硅烷前体。硅烷偶合剂的非限制性实例包括三乙氧基甲硅烷基丁醛、羟甲基三乙氧基硅烷、3-异氰酰丙基三乙氧基硅烷、3-异氰酰丙基三甲氧基硅烷、异氰酰甲基二甲氧基硅烷和异氰酰甲基二乙氧基硅烷。疏水性反应剂的实例包括六甲基二硅氮烷、六甲基环三硅氮烷和二氯六甲基三硅氧烷。所用的带可交联官能团的活性前体的量取决于存在于涂料混合物中的全部硅烷前体。活性前体对全部硅烷前体之比可在约0.1-约1之间变化。在某些实施方案中，活性前体对全部硅烷前体之比在约0.2-约0.8之间变化。

由于将疏水性反应剂施加于凝胶状态的涂料混合物，在凝胶表面象征性地发生反应。因此，按化学计量比施加疏水性反应剂。通常地，将约1%-约5%重量的异丙醇(“IPA”)溶液施加至凝胶表面。在某些实施方案中，将约1%-约2%重量的IPA溶液施加于凝胶表面。

以下的实施例4描述表面修饰添加剂的用途。应意识到，在某些实施方案中，涂料的表面修饰保留涂料的光学和机械性质，但增加表面接触角不超过15度，这改善涂料的抗污性或自洁性。

表1列出根据本发明的各个实施方案的各种涂料混合物。

表1

¹ “I”是异丙醇

² “A”是聚(3,3,3-三氟代丙基甲基硅氧烷)；“B”是15-20%十三氟辛基甲基硅氧烷和80-85%二甲基硅氧烷的共聚物

根据本发明的实施方案的其它具体涂料组合物包括以下：(1) 0.38 %四甲氧基硅烷、0.47%甲基三甲氧基硅烷、0.56%三氟代丙基三甲氧基硅烷、0.05% HCl、12.17%水和86.37%异丙醇；(2) 0.38 %四甲氧基硅烷、0.47%甲基三甲氧基硅烷、0.56%三氟代丙基三甲氧基硅烷、0.04%NH₄OH、12.18%水和86.37%异丙醇；和(3) 0.34 %四甲氧基硅烷、0.47%甲基三甲氧基硅烷、0.56%三氟代丙基三甲氧基硅烷、0.05% HCl、12.18%水和86.40%异丙醇，其中的全部百分比为重量百分比。

现在描述制备最终溶胶的涂料组合物或混合物的制备或配制方法。如上所述，涂料组合物的组成基于硅烷前体或硅烷前体的混合物的使用。在仅采用一种硅烷前体的那些情况下，溶胶的制备过程主要包括使硅烷前体和任何溶剂混合，接着先后加入任何催化剂和其它任何组分。在采用多种硅烷前体的那些情况下，硅烷前体可混合并共同水解，或者它们可分别被水解，然后于涂布底物前混合在一起。单独水解前体的方案使控制各前体的量称为可能，同时也防止硅烷醇种类之间的大量聚集，保持沉积薄膜所需要的低粘度。应意识到，也可以一起水解一些硅烷前体，并单独水解一种或多种其它硅烷前体，然后在涂布底物前将它们全部混合在一起。

例如，列于以上表1中的组合物基于一釜法反应或批加工方法。将各组分混合在一起，生成能沉积在底物上的液体或溶胶。混合的顺序包括使溶剂和硅烷前体混合，再先后加入酸(如有任何的话)和聚合物(如有任何的话)。在其中仅采用一种硅烷前体的其它实施方案中，该方法涉及先后加入硅烷前体，酸催化剂或碱催化剂和水，随后经超声处理。对于其它涂料组合物，包括以下实施例1、2和3中描述的那些和采用多种硅烷前体的那些，各硅烷可分别水解，然后混合在一起，或者作为选择，它们可作为一釜法反应系统或批加工方法而一起水解。在后一种情况下，将硅烷前体加至溶剂，随后加入水。然后加入任何酸催化剂或碱催化剂，随后经超声处理。应意识到，可采用生成溶胶的一釜法反应或形成单独的溶胶；然而，如采用多种硅烷前体，形成单独的溶胶，随后再混合能更好地控制最终混合的溶胶的过量生成。

在其中采用三种硅烷前体的一个实施方案中，典型的制备方法涉及两种硅烷前体，诸如分别在异丙醇中的有机硅烷和有机氟代硅烷在酸性(或碱性)条件下的水解。在这种情况下，两种硅烷前体的每一种分别按上述量与溶剂和任何酸或碱混合。根据要加工的总量，可通过本领域已知的任何方法，包括在环境条件下振摇、旋转或搅动进行混合。对于更大的体积，可采用更大规格的混合机。

混合后，在维持在环境条件下，在超声波浴中，通过水解各硅烷前体30分钟，制备两种单独的溶胶中的每一种。也就是说，将有机硅烷、溶剂和酸/碱的第一种混合物置于超声波浴中，其次，将有机氟代硅烷、溶剂和酸/碱的第二种混合物单独置于超声波浴中。针对不可混合的水和硅烷前体之间发生的水解反应，用超声处理可使混合能在分子水平上进行。工艺变动涉及在超声波浴中，在升高的温度下水解，以加速水解过程。在某些实施方案中，温度可处于约40℃-约80℃的范围内。当被水解时，这些硅烷前体生成颗粒在液体或溶胶中的微粒悬液。

在被水解后，两种溶胶(例如，一种含有水解有机硅烷的溶胶和一种含有水解有机氟代硅烷的溶胶)与第三种硅烷前体，例如，四烷氧基硅烷混合在一起，在超声波浴中进一步超声处理全部混合物30分钟。然后使合并的或最终的溶胶在环境条件下老化从30分钟至48小时的变化量的时间。完成溶胶-凝胶反应(水解和缩合)和得到稳定状态条件下的溶胶需要老化。老化时间也有助于来自不同的溶胶的颗粒之间的反应，以生成均匀的混合物。相对的老化程度决定溶胶的粘度并因此决定薄膜的均匀性和薄膜厚度，这依次控制涂料的抗反射性。在某些实施方案中，既然其赋予系统达到平衡充足的时间，可采用24-48小时的更长的老化时间。对于太具有反应性或太浓的溶胶系统，可能采用更短的老化时间以防止一经将溶胶施加至底物上为得到目标粘度和涂层厚度而形成更大的颗粒。

可在某些实施方案中对该方法进行修改。例如，可通过混合同时存在于一个容器的全部硅烷前体并在一个反应中将它们一起水解，制备最终溶胶。作为选择，当采用三种硅烷前体(例如，有机硅烷、有机氟代硅烷和四烷基硅烷)时，可生成三种单独的溶胶，然后混合在一起，形成最终溶胶，而不是生成两种溶胶再使其与第三种硅烷前体混合。

并且，超声处理时间可为30分钟-5小时不等，并可在室温条件下进行，或者可在升高到不超过80℃的温度下进行，以促进水解和缩合的溶胶-凝胶反应的完成。优选更长的超声处理时间，因为其确保反应已经达到稳定状态平衡。增加的温度还有助于反应进行到完成，这允许使用更短的超声处理时间。增加的温度也可有助于形成更小的颗粒，因为在更高的温度下反应速度可显著增加，相对于更少量的大颗粒，生成大量的更小的颗粒。在某些实施方案中，为生成具有最佳抗反射性的涂料优选1-10 nm范围内的小颗粒。同样，如所述，溶胶的老化时间可为30分钟至48小时不等，以赋予系统达到平衡的足够时间，并生成想要的粒度和粘度。也就是说，可调整超声处理时间和温度和老化时间，生成具有想要的粒度(在某些实施方案中，其为粒度约1 nm-约10 nm的颗粒)和粘度的平衡溶胶。

现在描述以上涂料混合物的应用。采用本文描述的涂料混合物以形成在很大程度上无缺陷和瑕疵的均一、均匀、有光学特性、无裂缝的涂层。制备耐用涂层的方法基于各因素的组合，包括涂料混合物的组成、适当溶剂或溶剂组合物的使用、底物准备、涂布方法和具体的固化条件。

在某些实施方案例如，表1中描述的涂料混合物中，本发明的涂料混合物可呈可施加至给定底物的稳定液体组合物的形式。施加至底物的涂料混合物也可呈凝胶、洗液、糊状物、喷雾或泡沫的形式。在某些实施方案中，施加至底物的涂料混合物呈液体或粘性液体或透明液体的形式。在某些实施方案中，为用作喷雾剂，涂料组合物呈现为透明液体或者作为选择，呈现为分散体、粘性液体或这些的混合物。在某些实施方案中，对于透明液体组合物，涂料混合物具有约0.5-5 cP范围内的粘度，和对于呈预水解粘性液体形式，具有约10-200 cP的粘度，其中预水解指含有水解颗粒或水解硅烷前体的液体溶胶。应意识到，在某些情况下，涂料混合物可在水解之前施加至底物。也就是说，在涂料混合物在空气中的水分的帮助下水解和缩合后，将涂料混合物施加至底物。因此，在底物上生成溶胶，随后形成最终涂层。应意识到，可结合实际应用于涂料混合物的所用机械或物理方法，根据最适合形成薄膜或涂层的形式，确定应用至底物上的涂料混合物的状态。

应意识到，涂布原料及其被施加至底物的方法包括更大的涂料系统。涂布原料为具体涂布方法而优化，反之亦然。因此，优选通过常规设计的工具实施优化的涂布工艺，确保一致性和质量。因此，该与涂布原料联合的工具包括涂料系统。假定本发明的益处特别适合于本身并不制备工具的太阳能面板制造商，提供完整的解决方案包括涂布原料及其相关的涂布工具二者是可取的。在描述涂布工艺的以下段落中，应意识到，这些步骤可手工、使用涂布工具自动或以二者的任何组合的方式进行。

此外，常规设计的涂布工具可为打算按出厂设置操作的独立的单元。其也可为辅助工具，以致其包括执行涂布工艺的工艺模块，但其被集成进执行较大的太阳能面板制造工艺中的其它步骤的另一机器。例如，其可为依附在现有的玻璃洗涤机的模块或者依附在面板组合机的模块。作为选择，工具可为便携或半便携式，例如，安装在上车上或安装在牵引机拖车内，以致其在大的太阳能建筑安装期间被运输至工地并用来涂布太阳能组件。作为选择，将其设计成能原位施加涂料至安装的太阳能组件。

通常地，采用三个步骤施加溶胶至给定底物。首先，清洁并准备底物。第二，用溶胶或溶胶混合物涂布底物。第三，在底物上形成最终涂层。

作为最初步骤，预处理或预清洁底物，以除去表面杂质，和通过产生新鲜表面或在表面上的新的结合部位，使表面活化。底物预处理步骤对提供均匀铺展和沉积的溶胶、底物和涂料之间形成Si-O-Si连键的有效结合相互作用和预防由于不均匀铺展和/或由于表面不均匀而减少的连接互相作用引起的涂料-底物界面上的缺陷和瑕疵是重要的。

尤其是，通过预处理或清洁底物表面以形成“活化”表面，使底物表面上的Si-OH基团暴露是可取的。活化表面层减少溶胶中绝大多数亲水溶剂的表面张力，并使溶胶在表面上有效铺展。在某些实施方案中，物理打磨或清洁和/或化学蚀刻的组合足以提供均匀铺展的溶胶。在需要进一步降低表面张力的情况下，可用稀表面活性剂溶液(低分子量表面活性剂诸如surfynol；长链醇诸如己醇或辛醇；低分子量环氧乙烷或环氧丙烷；或市售的洗碗碟机用洗涤剂诸如CASCADE、FINISH或ELECTRASOL)预处理底物，诸如玻璃，以进一步帮助溶胶在玻璃表面上更好地铺展。

因此，表面准备涉及表面的化学和物理处理的组合。化学处理步骤包括(1) 用溶剂或溶剂组合清洁表面，(2) 随研磨垫一起用溶剂清洁表面，(3) 任选地化学蚀刻表面，和(4) 用水洗涤表面。物理处理步骤包括(1) 用溶剂或溶剂组合清洁表面，(2) 用溶剂和带颗粒的研磨剂一起清洁表面，和(3) 用水洗涤表面。应意识到，可通过仅采用化学处理步骤或仅采用物理处理步骤预处理底物。作为选择，可以任何组合采用化学处理步骤和物理处理步骤二者。应进一步意识到，在清洗刷或垫与表面之间的摩擦的物理清洁作用是表面准备的重要方面。

在第一个化学处理步骤中，用具有不同的疏水性的溶剂或溶剂组合处理表面。所用的典型溶剂有水、乙醇、异丙醇、丙酮和甲基乙基酮。市售玻璃清洁剂(例如，WINDEX)也可用于此目的。可单独地用个别溶剂或通过采用溶剂的混合物处理表面。在第二个步骤中，在溶剂的使用下，用研磨垫(例如，SCOTCHBRITE)摩擦表面，提示其可与第一个步骤一起或在第一个步骤之后单独进行。在最后步骤中，用水洗涤或漂洗表面。

用这种方法准备的底物的一个实例涉及用有机溶剂诸如乙醇、异丙醇或丙酮清洁表面，以除去有机的表面杂质、污垢、灰尘和/或油脂(用或不用研磨垫)，随后用水清洁表面。另一个实例涉及用甲基乙基酮清洁表面(用或不用研磨垫)，随后用水洗涤表面。另一个实例是基于采用乙醇和丙酮的1:1混合物，以除去有机杂质，随后用水洗涤表面。

在某些实例中，可能需要另外的、任选的用浓硝酸、硫酸或食人鱼(piranha)溶液(96%硫酸和30%H₂O₂的1:1混合物)化学蚀刻表面的步骤，以使表面适于结合至沉积的溶胶。通常在用水漂洗表面的最后步骤之前进行该步骤。在一个实施方案中，可将底物放在食人鱼溶液中20分钟，随后浸渍在去离子水中5分钟。然后可将底物移至装有新鲜的去离子水的另一个容器并浸渍另外5分钟。最后，用去离子水漂洗底物并风干。

作为选择，或者另外地，可通过物理处理准备底物。在一个实施方案的物理处理的情况下， 用溶剂和清洁刷或垫的机械作用简单地清洁表面，可在用水漂洗底物并风干后，任选将表面活性剂或洗涤剂加至溶剂。在另一个实施方案中，首先用水清洁表面，随后将粉状研磨颗粒诸如二氧化铈、二氧化钛、氧化锆、氧化铝、硅酸铝、二氧化硅、氢氧化镁、氢氧化铝颗粒或它们的组合物加至底物表面，在表面上形成粘稠浆状物或糊状物。研磨介质可呈粉状形式或其可呈浆状物、分散体、悬液、乳液或糊状物的形式。研磨剂的粒度可为0.1至10微米不等和在某些实施方案中，为1至5微米不等。可用垫(例如，SCOTCHBRITE垫)、布垫或纸垫，经摩擦用研磨浆打磨底物。作为选择，可通过放置在打磨机的转盘上，随后在表面上涂抹研磨浆并当底物在盘上旋转时用垫摩擦，打磨底物。另一个供选择的方法涉及采用可用作与研磨浆组合的摩擦垫的电子打磨机，打磨表面。用加压水喷嘴清洁经研磨浆打磨的底物并风干。

在预处理表面后，经本领域熟知的技术，包括浸涂、喷涂、滚涂或淋涂使最终溶胶沉积在底物上，以在底物上形成均匀的涂层。可采用的其它沉积方法包括旋涂；喷雾沉积；超声处理、热处理或电沉积方法；微沉积技术诸如喷墨、喷雾、静电印刷；或工业印刷技术诸如丝印、点阵打印等。通常在环境条件下进行溶胶沉积。

在某些实施方案中，经滚涂法在小的表面上实施沉积方法，其中将溶胶组合物置于底物表面，随后通过倾斜底物使流体滚过整个表面。对于更大的表面，可经淋涂沉积溶胶，其中的溶胶以使流动溶胶产生均匀沉积在表面上的速度从单一喷嘴分散到移动底物上，或者从多个喷嘴分散到静止表面上或从狭缝分散到静止表面上。另一种沉积方法是通过将流体溶胶沉积到底物上，随后采用机械分散器在底物上均匀铺展液体。例如，可用具有尖锐、明确限定的、均匀边缘的橡皮刮板或其它机械装置铺展溶胶。

除用来使最终溶胶沉积在底物上的实际方法或技术外，应意识到，还存在沉积最终溶胶的若干改动。例如，在一个实施方案中，简单地使最终溶胶呈一层沉积在底物上。在另一个实施方案中，可沉积单一溶胶或多种溶胶，以形成多层，从而最终形成多层涂层。例如，包含有机硅烷和有机氟代硅烷的溶胶的涂料可形成为底层，接着是四烷氧基硅烷外涂层。在另一个实施方案中，可沉积有机硅烷底层，随后沉积有机氟代硅烷和四烷氧基硅烷的混合物的外涂层。在另一个实施方案中，可沉积四烷氧基硅烷底层，随后采用有机硅烷和有机氟代硅烷的溶胶混合物沉积顶层。在另一个实施方案中，可沉积由有机硅烷和有机氟代硅烷的混合物制备的溶胶的底层，随后通过使该层暴露于四烷氧基硅烷蒸气气相沉积顶层。在另一个实施方案中，可沉积有机硅烷和有机氟代硅烷的混合物制备的溶胶的底层，随后通过将底物浸渍在四烷氧基硅烷的异丙醇溶液中沉积顶层。在其中沉积多层的实施方案中，可几乎在沉积第一层后立即，例如，在沉积前一层30秒内或之后沉积各层。如所述，不同的溶胶可互相在上面沉积，或者各溶胶的不同混合物可互相在上面沉积。作为选择，可将单一溶胶以多层形式沉积，或者同样的溶胶混合物可以多层形式沉积。此外，给定的溶胶可沉积为一层和不同的溶胶混合物可用作另外的层。此外，应意识到，任何组合的溶胶可以任何顺序沉积，从而构成多种多层涂料。此外，应意识到，如果想要这样，可采用不同的技术沉积各层溶胶。

沉积的涂料的厚度可在约10 nm-约5微米之间变化。在某些实施方案中，涂料的厚度在约100 nm-约1微米之间变化，和在其它实施方案中，其在约100 nm-约500 nm之间变化。为提供充分的抗反射性，需要约60 nm-约150 nm的厚度。应意识到，如沉积的涂料混合物的厚度受涂布方法以及涂料混合物的粘度的影响。因此，应选择涂布方法，以对任何给定涂料混合物得到想要的涂料厚度。此外，在其中沉积多层溶胶的这些实施方案中，应以一定的厚度沉积每一层，以使涂料总厚度为适当的。因此，在其中沉积多层溶胶的某些实施方案中，总的涂层厚度在约100 nm-约500 nm之间变化，和为提供充分的抗反射性，约60 nm-约150 nm的总涂层厚度是合乎需要的。

最终溶胶一经如上所述沉积，在凝胶被干燥和固化以除去残余的溶剂后，沉积的溶胶将继续通过胶凝过程形成凝胶并经涂层中的Si-O-Si连键形成有助于网络形成。此外，使凝胶老化，允许通过持续的水解和缩合反应形成另外的连键。

如上所述，用于制备本文描述的涂层的溶胶-凝胶方法采用适用的分子前体，其被水解以生成固态聚合氧化物网络。前体的最初水解产生液体溶胶，其最终转化为固体的多孔凝胶。环境条件(或在升高的温度)下干凝胶导致溶剂相蒸发，生成交联薄膜。因此，整个过程中，涂料混合物/溶胶/凝胶/干燥的/固化的涂料经历物理、化学和结构参数方面的变化，其从本质上改变最终涂料的材料性质。通常地，整个溶胶-凝胶转化中的变化可大致分为物理、化学和结构变化的三个互相依赖的方面，其产生变化的结构组成、形态学和微结构。溶胶和凝胶的化学组成、物理状态和总体分子结构显著不同，以致呈两种状态的材料是本质上不同的。

关于物理差异，溶胶是悬浮于液体中的分散颗粒的积聚物。这些颗粒被溶剂外壳包围且互相之间的作用不显著。溶胶本身的特征在于流动性和以液态存在。相比之下，在凝胶薄膜中，网络形成发生在高级状态，以致颗粒互相连接。增加的网络形成和交联使凝胶网络坚硬伴有特有的固态。要以两种不同状态存在的材料的能力是基于随着溶胶向凝胶的转变而发生的化学变化。

关于化学变化，在溶胶向凝胶转化期间，溶胶颗粒经Si-O-Si键的形成相互结合。因此，材料呈现出网络形成和加固。总的说来，溶胶颗粒的表面含有反应性羟基基团，当凝胶结构具有转化为硅氧烷基团的这些羟基基团时，它们可能参与网络形成。

关于结构差异，溶胶包含含有很少的与末端羟基以及不水解的烷氧基配体一起的硅氧烷键的分离的颗粒。溶胶状态本身可被认为在结构上区别于含有多数硅氧烷的固化薄膜。液体溶胶和固态聚合网络本身是在化学上和结构上不同的系统。

关于性质差异，溶胶和凝胶薄膜的物理和化学性质的根源取决于其结构。溶胶颗粒和凝胶薄膜在化学组成、构造和官能团方面有所不同，结果呈现出不同的物理和化学性质。由于其微粒性质，溶胶阶段的特征在于高反应性以形成网络，而凝胶状态由于反应性羟基基团转化为稳定的硅氧烷键而基本上无反应性。因此，应意识到，正是硅烷前体和加至水解和缩合、胶凝和干燥并固化在底物表面上的涂料混合物的其它化学物质的特定组合，赋予本发明的最终涂料上述想要的性质。

有数种方法使凝胶干燥和固化和/或老化以形成最终涂层。在某些实施方案中，在环境温度或室温条件下干燥和固化凝胶。在某些实施方案中，在环境条件下老化凝胶30分钟，随后在保持可变的相对湿度(例如，20%-50%)的烤箱中干燥3小时。然后以5℃/min的速度缓慢提升烤箱温度至120℃最终温度。与水分一起缓慢加热可降低硅烷醇缩合反应的速度，以提供更加均匀和机械稳定的涂层。该方法提供有复验性的结果，也是制备具有所需性质的涂层的可靠方法。

在另一个实施方案中，在红外线灯或灯组下加热底物上的凝胶。这些灯被紧挨底物的涂布表面放置，以致表面被均匀光照。为在约3 um-约5um波长的中红外区域发射最大而选择灯。该区域是合乎需要的，因为其比更短的红外波长被玻璃更好地吸收。可经闭环PID控制器严密控制灯的功率输出，以得到精确和可控的温度曲线。在某些实施方案中，该曲线将起始于环境温度并以约1-约50℃每秒快速升高至约120℃温度，保持该温度约30-约300秒时间，然后借助或不借助冷却气流使温度下降回到环境温度。

在另一个实施方案中，在120℃电热板上加热涂布的底物，以致未涂布的表面与电热板接触，而经涂布的表面暴露于空气。在这种情况下，在已经将底物放在电热板上后，打开电热板至120℃的设定温度。这确保了缓慢的加热速度，以避免涂料的开裂、剥落和/或分层。

在另一个实施方案中，在200-300℃电热板上加热底物上的涂层，其中电热板的表面覆盖着直接与涂层表面接触的硅树脂垫，在10-30秒内达到想要的120℃固化温度。硅胶垫的导热性使其有助于将热传递至涂布表面，以增加持续的水解和缩合反应。在这种情况下，涂布表面可在10-30秒内达到120℃温度。

特别重要的是，与在固化二氧化硅基抗反射涂料中通常采用的400-600℃的温度相比，在不超过120℃的温度下制备本发明的涂料。与采用不止一种或超过两种硅烷前体的涂料组合物相反，本文的某些涂料组合物，具体为表1的那些的另一个特别有利的特征在于，它们并不需要水作为要进行的反应或固化过程的组合物的特定的组分。可通过与环境中的水分的反应，或者作为选择，通过存在于溶剂中的痕量水制备要硬化的涂料组合物是特别有利的。在潮湿环境中的涂料的固化减慢水的蒸发，产生具有改善的交联和更好的机械性质的涂层。

如上所述和如在各实施例中进一步说明的，如本文所述般制备的涂料具有几种令人满意的性质。涂料具有减少光子反射的抗反射性。用根据本发明制备的涂料组合物涂布的玻璃底物的透光率可在约92%-约98%、约93%-约96%和约95%-约98%之间变化。

涂料还具有抗污性，这在与玻璃底物联合使用时保持足够的透光率方面也是重要的。变脏是由于颗粒物质粘附在暴露于环境的表面上。颗粒沉积到表面取决于表面微结构以及化学组成。通常地，粗糙表面可为颗粒物质的物理结合提供许多位置。对于太阳能面板，变脏可导致功率输出的下降，因为光吸收下降通常约5%和已经报道在某些情况下损失22%。论文“变脏对加利福尼亚和美国西南地区的大型并网(Grid-Connected)光伏系统的影响”，光伏能量转换, 2006 IEEE第4次世界研讨会会议录, 2006年5月，2卷，2391-2395页报道平均损失5%。论文“Navarra太阳能跟踪PV工厂的变脏和其它光学损失”, Prog. Photovolt: Res. Appl. 2011；19:211-217报道损失22%。

如经接触角测量的，表面的化学组成以表面能量反映。与具有低的水接触角的高能量表面相比，低能量表面(特征为高的水接触角)通常更不易于结合。因此，可间接通过测定涂层的接触角，确定抗污性。本文的涂料提供介于约80°-约178°、约110°-约155°和约125°to约175°范围的接触角。通过使其经受污垢暴露的重复循环，随后经空气清洁，本发明的涂料还具有抗污性特征(参见，例如，附图9和10和下表3)。由于相对未涂布试样只变脏约50%，本发明的涂料使光子通量损失最小。

本发明的涂料还提供令人满意的机械性质。纳米压痕是用来测量纳米材料尤其是薄膜和涂层的机械性质的一种方法。在纳米压痕测量中，向压头施加负荷，其提供要推入试样的压头必要的力，从而在试样上产生纳米压痕。纳米压痕测量涉及相对于纪录荷载-位移曲线的时间连续测量负载、接触刚度和压头刺入深度。与接触位移结合的荷载位移曲线可用来测量机械性质诸如硬度和杨氏模量(或弹性模量)。注意，观察到的纯二氧化硅溶胶-凝胶涂料的混合物的典型硬度为约1.05 GPa，本发明的涂料呈现出大得多的硬度(参见，例如，附图7a、7b、8a和8b和下表3)。此外，本发明的涂料的铅笔硬度可在约2H-约9H、约4H-约7H和约6H-约9H之间变化。

本发明的涂料还提供令人满意的耐磨损性。耐磨损性可被定义为材料耐受由于摩擦力的腐蚀以保持和维持其原有形状和外观的能力。耐磨损性涉及内在框架结构的强度以及涉及表面特征。不具有充分强度的材料由于缺乏长期结合相互作用而趋于容易被磨损。同样地，具有表面不均匀性和粗糙的不平坦表面或涂层的材料趋于因摩擦损失而磨损。而且，用摩擦矫平和摩平这些粗糙导致当材料被刮擦时的涂层的透光性的改变。

如根据欧洲标准EN-1096-2 (建筑玻璃，经涂布玻璃)定义的，本发明的涂料通过测量表面上的涂层的耐磨损性的标准测试。测试涉及在经涂布玻璃上摩擦毡垫的作用。使毡摩擦垫以54-66次摩擦/分钟的速度、120±5 mm摩擦长度经历往复平移运动，在每次摩擦的最后结合以6 rpm的垫的持续旋转或在10°-30°之间的旋转。往复移动与旋转一起组成1个循环。圆形毡摩擦垫的技术规范包括14-15 mm直径、10 mm厚度和0.52 g / cm²密度。将15 mm-20 mm直径的毡垫贴在机械手上并在4牛顿的负荷下放置。就参考试样，测定550和900 nm下的透射以评价耐磨损性，该标准控制透射变化不大于±0.05。

通常地，除钝化表面以致其变得抗水、污垢、泥土和其它外源物质的附着之外，本发明的各种涂料还提供透明底物或玻璃透射更多光子而不改变其内在结构和其它性质的途径。因此，如本文描述的涂料混合物和产生的凝胶和涂层具有不同的商业应用。

就涂料混合物本身而言，这些可作为涂料混合物或商品化涂料制剂出售于他人使用。例如，涂料混合物可作为液体组合物提供给，例如，以有别于太阳能或建筑系统中其用作窗的处理进行随后的玻璃的小规模处理。在这种情况下，可在硅烷前体被水解之前出售涂料混合物。作为选择，涂料混合物可作为溶胶或在硅烷前体已经被水解之后出售。

此外，涂料混合物可被沉积并允许胶凝在特定的随后要出售的底物上。尤其是，本发明的涂料组合物可被涂布到在表面具有氢键供体或氢键受体基团的任何透明底物上。例如，涂层可作为对给定玻璃或其它透明底物的处理，在其已经被结合进装置，如太阳能电池、光学窗口或附件中，例如，作为玻璃处理工艺的一部分之前或之后来施用。在其它实施方案中，通过提供抗反射益处和/或通过提供抗污性益处以增强抗反射益处，本发明提供涂料组合物作为建筑物和住宅中的建筑窗户的功效增强辅助物的用途。在其它实施方案中，在需要定期清洁以使其自洁的透明表面的处理中，本发明提供涂料组合物作为功效增强辅助物的用途。例如，涂料可与用于窗户、挡风玻璃、屏幕、建筑、护目镜、眼镜等的玻璃一起使用。

在其它实施方案中，在光伏太阳能面板配件(例如，太阳能面板的外罩)中，通过提供抗反射益处和/或通过提供抗污性益处以增强抗反射益处，本发明提供涂料组合物作为功效增强辅助物(enhancement aid)的用途。这些装置将太阳能转化为电能并依靠有效的光子吸收，而由于吸附的泥土或污垢颗粒的作用诸如反射、散射和吸收损失可导致减少的功率输出。如所述，涂布到玻璃表面上时，本发明的涂料减少光子的反射(所谓的抗反射性)并且减少污垢、泥土和来自环境的其它颗粒物质的吸附和结合，促进光子透射过玻璃以及防止涉及颗粒物质沉积到表面的光子减少。

针对太阳能面板应用的涂料提供唯一的挑战，即不与通常用于其它普通应用的涂料共存。太阳能面板中的抗反射性涂料的使用使太阳辐射的长期暴露成为必要，而由于这些材料中的的键的光解断裂，太阳辐射通常导致聚合材料在延长的紫外线暴露下的广泛降解。本发明的涂料组合物采用硅烷前体，其在水解和干燥和固化时产生类似于带Si-O-Si键的玻璃的网络，所述键对辐照断裂稳定。在太阳能应用中采用二氧化硅基材料的额外的益处是材料的内在硬度，其使涂层抗刮擦、压痕和磨损。此外，本发明的涂料提供约400 nm-约1150 nm整个太阳光区域的增强的光透射，这对太阳能应用是令人满意的。

此外，应意识到，源自本发明的涂料组合物的溶胶并不需要在制备期间施加至太阳能面板，可在制备后施加，以避免对太阳能面板制备工艺的任何干扰。预期太阳能面板制造商本身可在其制备工艺内的适当工段采用本发明的组合物涂布模块。在这样的情况下，可根据本文描述的方法采用的稳定溶胶的提供给出在面板制备后或者甚至在面板最终安装后施加涂料混合物的直接途径。这可将制备工艺设计成流水线并提高现有面板，或者现有的存货或者已经安装和可对其施加涂料的使用中的面板的经济价值。

可专门用于涂布太阳能面板的涂料混合物包括(1) 0.38 %四甲氧基硅烷、0.47%甲基三甲氧基硅烷、0.56%三氟代丙基三甲氧基硅烷、0.05% HCl、12.17%水和86.37%异丙醇；(2) 0.38 %四甲氧基硅烷、0.47%甲基三甲氧基硅烷、0.56%三氟代丙基三甲氧基硅烷、0.04% NH₄OH、12.18%水和86.37%异丙醇；和(3) 0.34 %四甲氧基硅烷、0.47%甲基三甲氧基硅烷、0.56%三氟代丙基三甲氧基硅烷、0.05% HCl、12.18%水和86.40%异丙醇，其中全部百分比为重量百分比。

在一个实施方案中，涂布太阳能面板的工艺包括准备面板表面，用根据本发明制备的最终溶胶涂布表面，在环境条件下干燥涂层和在升高的温度的固化经干燥的面板。通过用二氧化铈浆状物打磨面板表面，接着用水洗涤面板，在环境温度-压力条件下干燥约10小时-约12小时的时间，准备面板表面。

面板表面一经准备，在一个实施方案中，借助淋涂机使本发明的最终溶胶沉积到太阳能面板上。经液体溶胶从顶部重力自由流动至底部，溶胶被沉积到面板上。将太阳能面板放在移动平台上，平台以对溶胶自由流动不在液流中引起间断点或引起湍流的最佳的速度移动。优化液流速度和输送太阳能面板的平台的移动速度，以沉积均匀、无裂缝的涂层，其是同质的、无缺陷的并具有均匀厚度的特征。

更具体地说，在一个实施方案中，将面板放置在连着计算机并按程序在某些实施方案中，以介于约0.05 cm/s-约300 cm/s，在其它实施方案中，以约0.1 cm/s-约10 cm/s，和在其它实施方案中，以约0.25 cm/s-约0.5 cm/s的速度移动的活动平台上。然后采用喷嘴分配装置(其连着计算机)将溶胶沉积到面板表面，以致溶胶的流速，在某些实施方案中，为约5 ml/min-约50 ml/min，在其它实施方案中，为约5 ml/min-约25 ml/min，和在其它实施方案中，为约10 ml/min-约15 ml/min。应意识到，溶胶以何速度沉积对涂料的适当沉积是重要的。特别地，可调节溶胶的喷嘴直径以确保适当的流速，喷嘴直径介于约0.3 mm-约0.9 mm范围内。

采用溶胶的一个特别有利的方面是其呈液态但也足够粘稠而无断流地铺展。通过调整流速和包含太阳能面板的平台的移动速度进一步确保涂成的均匀性。对于给定的溶胶流速，如果平台移动速度过快，那么这会导致溶胶流的断裂，产生不均匀的涂层。对于给定的溶胶流速，如果平台的移动速度过慢，则这会产生破坏薄膜均匀性的湍流。因此，溶胶流速和平台移动的具体最佳化对提高一致、均匀和同质涂层是重要的。如上概述的采用特定的pH、溶剂和硅烷浓度提供理想的粘度。

还通过在溶胶流向面板期间蒸发溶剂促进涂布工艺，这也影响均匀薄膜或涂层在面板表面的展开。当自由流动的溶胶在表面上干燥并在玻璃表面上形成固体时，形成涂层。更具体地说，当干燥出现在顶部边缘时，溶胶的底部边缘表示湿线。随着溶剂蒸发，溶胶变得更加粘稠并最终在顶部边缘凝固，而底部边缘具有液体边缘铺展的特征。底部边缘的铺展液体使溶胶能自由流动，而顶部边缘的凝固溶胶固定材料并预防层状结构的形成。这些因素的平衡对均匀薄膜的形成是重要的。

应意识到，淋涂方法不允许溶胶渗漏进太阳能面板配件的内部部件，因为过量的溶胶可被收集进配件底部的容器并回收利用。同样地，其不会助长来自太阳能面板配件的内部的化学品的腐蚀和/或淋蚀。淋涂机法只将玻璃侧暴露给溶胶而带电触点和铅片的面板配件的另一面并不与液体溶胶有任何接触。对于在或者装配或者后装配阶段涂布太阳能面板，淋涂工艺本身是特别有益的。

本文描述的方法可用来涂布不同和呈不同构型的太阳能面板。例如，典型的面板具有1 m x 1.6 m的尺寸，其可经适当安放移动平台或者按竖向构型或者按横向模式进行涂布。

淋涂机可用来以每小时约15-60块面板的速度涂布面板。各面板的涂布速度将取决于面板的大小和其是否按竖向模式或横向涂布。此外，平行运行的多台涂布机可与面板装配线配合使用，以提高生产速度。

在沉积涂料后，在环境条件下干燥面板介于约1分钟-约20分钟之间或更长的时间段。然后用上述的固化的任何技术固化经涂布的面板，之后将涂布的面板备用。

由于抗反射性，本文描述的抗反射涂料提高太阳能电池的峰值功率约3%。此外，据估计，抗污性会促成与污垢在面板上的积聚相关的透射损失的最小化。估算典型的变脏损失为约5%，预期采用这些涂料会减少一半的损失。

实施例

以下结合附图描述根据本发明某些实施方案制备的涂料的各个方面。不应将这些实施例视作限制。

在一个实施方案(称为 “实施例1”)中，首先使22.5 mL异丙醇 (“IPA”)和2.5 mL 0.04M HCl (pH 1.5)混合制备溶胶I。然后向该混合物加入100 μL甲基三甲氧基硅烷(“MTMOS”)。然后在超声发生器中超声处理IPA、HCl和MTMOS的最终溶液35分钟。首先使22.5 mL IPA和2.5 mL 0.04M HCl (pH 1.5)混合，随后加入100 μL (3,3,3-三氟代丙基)-三甲氧基硅烷(“F3TMOS”)制备溶胶II。也超声处理溶胶II 35分钟。 超声处理后，等份(各12.5 mL)混合溶胶I 和溶胶II，加入100 μL四甲氧基硅烷(“TMOS”)。然后超声处理该最终溶液35分钟。在环境条件下老化该混合物24小时至最多120小时。老化后，用最终溶胶混合物淋涂显微镜载玻片(经二氧化铈抛光剂抛光，洗涤并干燥)并干燥约5-10分钟。一经干燥，以两种方式之一固化载玻片。在一种方法中，于120℃下，将载玻片的涂布侧放在电热板/搅拌器上45分钟。在其它方法中，将其置于25℃烤箱中25分钟。然后以恒定速度经20分钟升高温度至120℃，然后于120℃保持180分钟。然后以恒定速度经60分钟时间冷却温度至25℃。

在说明粒度修饰添加剂的用途的一个实施方案(称为 “实施例2”)中，采用三(羟甲基)氨基甲烷(“TRIS”)如下制备溶胶：根据实施例1中的方法制备溶胶。在最后超声处理后，使该混合物在冷冻水中冷却5分钟，然后室温下放置至少10分钟。之后，向混合物加入0.5-2 mL 0.5 M TRIS溶液，然后震摇并老化其5分钟。老化后，再用最终溶胶混合物淋涂显微镜载玻片(经二氧化铈抛光剂抛光，洗涤并干燥)，并干燥约5-10分钟。一经干燥，就以两种方式中的任一种固化载玻片。在一种方法中，于120℃下，将载玻片的涂布侧放在电热板/搅拌器上45分钟。在另一方法中，将其置于25℃烤箱中25分钟。然后以恒定速度经20分钟升高温度至120℃，然后于120℃保持180分钟。然后以恒定速度经60分钟时间冷却温度至25℃。由于这些涂料，观察到在整个太阳光范围，最大透光率下抗反射性增强3.45%和平均达2.77%。

在说明交联添加剂的用途的一个实施方案(称为 “实施例3”)中，根据实施例1中的方法制备溶胶。在最后超声处理后，在冷冻水中冷却混合物5分钟，然后于室温下放置至少10分钟。之后，向混合物加入1 mL 0.5 M TRIS溶液。在混合各组分后，加入不同量(50 μL-250 μL)的交联剂。在沉积至底物上之前，进一步老化溶胶5分钟。

实施例3的一个变化包括分别向各溶胶(溶胶I 和溶胶II)加入不同量(50 μL-250μL)的交联添加剂，随后是相同顺序的各步骤。实施例3的另一个变化包括使溶胶I、溶胶II和TMOS与不同量(50 μL-250μL)的交联添加剂混合在一起，接着超声处理，然后向混合物加入TRIS。实施例3的另一个变化包括制备带有底层的多个涂层，所述底层由例如，上述涂料联合使用作为粒度调整添加剂的TRIS来制备，随后沉积1-5 %体积溶解于IPA的交联添加剂的覆盖层。

在说明表面修饰添加剂的用途的一个实施方案(称为 “实施例4”)中，采用实施例1中描述的方法制备溶胶I和溶胶II。然后将等量(分别12.5 mL)混合，与不同量(50 μL-250μL)的三乙氧基甲硅烷基丁醛一起加入100 μL TMOS，随后超声处理35分钟。在沉积在底物上之前进一步老化溶胶5分钟。进一步使含有涂料的底物浸渍于六甲基二硅氮烷溶液(1%重量在IPA中)中。在70℃电热板上干燥涂层1小时，使醛基和氨基之间发生缩合反应。然后于120℃下固化含有涂料的底物45分钟。

实施例4的一个变化包括用来自以上实施例1、2或3的溶胶混合物，随后用含硅烷偶合剂(1 %IPA)涂料处理表面，接着用疏水性反应剂(1%IPA)处理，形成涂层。实施例4的另一个变化包括生成以下三种溶胶涂料中的一种：((1) 0.38 % TMOS、0.47% MTMOS、0.56% F3TMOS、0.05% HCl、12.17%水和86.37% IPA；(2) 0.38 % TMOS、0.47% MTMOS、0.56% F3TMOS、0.04% NH₄OH、12.18%水和86.37% IPA；或(3) 0.34 % TMOS、0.47% MTMOS、0.56% F3TMOS、0.05% HCl、12.18%水和86.40% IPA，其中全部百分比为重量百分比)，随后用疏水性反应剂(1% IPA溶液)进行表面处理。

在适当情况下，如下测量涂料的抗反射性：借助配有积分器附件的紫外可见吸收分光光度计测量涂料的透光率。将抗反射性增强因素测定为使未处理玻片与经本发明组合物涂布的玻片相比较的透光率的相对增加百分比。ASTM E424描述太阳能传送增加，其被定义为在应用涂料前后的太阳辐射传送的相对差异百分比。涂料表现出约1.5%-约3.25%的太阳能传送增加。用椭偏仪测定涂料的折射率。

根据欧洲标准EN-1096-2 (建筑玻璃，镀膜玻璃)，用磨损试验机(abrader device)测量涂料的耐磨损性。根据实施例1、2和3未加任何组成修饰添加剂制备的涂料能满足标准的通过要求。

借助测角仪测量涂料的接触角，其中借助CCD摄影机测量水滴的接触角。对于各试样采用三次测量的平均值。

表2呈现对根据实施例1制备的涂料进行的数项性能测试结果。在该表中，“Spec”指进行测试的正规程序；“Pass Criteria (筛查标准)”指为试样通过测试所允许的%透光率(%T)变化；“N”为测试的试样/实验数；和“Results (结果) delta T"是观察到的N试样/实验的百分透光率(%T)的变化的平均值。

表2

这些结果的意义在于，其正好在120℃得以固化。通常于约400-约600℃下烧结现有的抗反射涂料，才能达到这些结果表示的可靠性水平。

图1说明表示由实施例1中给出的组合物制备的涂料在玻片上的2%最大透射增强的紫外可见光透射光谱。

图2说明表示由实施例2中给出的组合物制备的涂料在玻片上的3.4%最大透射增强的紫外可见光透射光谱。

图3a是由实施例1的组合物制备的涂料在玻片底物上的SEM (横截面视图)。SEM图表明这些涂料中没有任何可辨别的多孔性。薄膜厚度为约90 nm。

图3b是由实施例1的组合物制备的涂料在玻片底物上的SEM (斜视图)。

图4a是由实施例2的组合物制备的涂料在玻片底物上的SEM横截面视图。SEM图表明随着表面粗糙出现在这些涂料上这些涂料的多孔性增加。薄膜厚度为约100 nm。

图4b是在玻璃底物上的由实施例2的组合物制备的涂料的SEM (斜视图)。

图5表示由实施例1的组合物制备的涂料的XPS光谱。峰表明由(3,3,3-三氟代丙基)三甲氧基硅烷连同源自硅酸盐网络的硅和氧和源自存在于涂料中的有机组分的碳的合并制备的涂料中的氟的存在。

图6表示由实施例2的组合物制备的涂料的XPS光谱。峰表明由(3,3,3-三氟代丙基)三甲氧基硅烷连源自硅酸盐网络的硅和氧和源自存在于涂料中的有机组分的碳的合并制备的涂料中的氟的存在。

图7a、7b、8a和8b说明表示在玻片底物上的由实施例1和2的组合物制备的涂料的压痕深度曲线图、硬度和杨氏模量的纳米压痕数据。在表3中概述这些测量的结果。

表3列出根据本发明的实施方案的制备的涂料的各种性质，其中的“硬度”是在薄膜能呈现塑性变形之前用压头施加的力的量(用GPa表示)，“接触角”为固体表面的液体/空气界面的角度或者液滴与固体底物所形成的角度，和“透光率增加”被计算为{[%T_经涂布 – %T_未经涂布] / [%T_未经涂布] } x 100。应意识到，在某些实施方案中，本发明的涂料提供约1%-约3.5%，和在某些实施方案中约1.5%-约3%的透光率增加，和约80度-约120度，在某些实施方案中，约85度-约100度的接触角。

表3

用Berkovich纳米压痕系统进行纳米压痕测量。观察到纯二氧化硅溶胶-凝胶涂料的混合物的典型硬度为约1.05 GPa。不希望受理论的束缚，本发明的涂料的增强的机械性能(与纯二氧化硅基涂料相比)可能源于促成增强的硬度的数个因素。首先，由于采用3-前体系统的广泛的交联使Si-O-Si网络更坚固。其次，有机硅烷和有机氟代硅烷的联合使用促进有机侧链之间的非共价相互作用，促进增强总体机械性能的更好的相互作用。第三，侧链间增加的相互作用促进溶胶-凝胶网络中的孔隙空间的更好的填充，生成同质和基本无孔的涂料。综合考虑，与现有技术的涂料相比，各前体的独特组合连同多孔微结构的缺乏以及有机基团之间的增加的侧链相互作用提供增强的机械性能。

图9说明表示太阳光子通量穿过载玻片的变化的加速沾污研究结果，图10说明对于经风驱动的污垢颗粒沉积的涂布和未涂布玻片顺序曝光以模拟沙尘暴(dirt storm)的重量变化。采用模拟加速弄脏户外放置延长时间段的物体的以下程序，测量未涂布和经涂布的载玻片的抗污性。测定涂布的和未涂布载玻片的吸收光谱以确定其透光率。将两种载玻片称重。然后将载玻片置于4℃冰箱中5分钟并暴露于来自沸水的蒸汽30秒，用水蒸汽使其潮湿。然后将这些载玻片置于吸尘室中沉积灰尘，用风扇吹动空气均匀分散灰尘。使各载玻片暴露于分散有污垢的空气3分钟。然后将载玻片放在IR灯下1分钟以辐照干燥载玻片除去水分。然后将载玻片放在风力机中，风力机使来自风扇的空气除去任何松散保留的污垢颗粒。该步骤确保只有牢固结合的污垢颗粒被保留。然后对这些载玻片称重，确定由于沉积的污垢产生的过量重量。最终，纪录载玻片的透射光谱，确定由于污垢颗粒的沉积引起的光透射的变化。重复该工序6个循环，在附图9和10中表示这些结果。

以上已经描述本发明的各个实施方案。然而，应意识到，供选择的实施方案是可能的，且本发明并不受上述的具体实施方案的限制。相反，应将这些实施方案的描述视作落入如权利要求书中定义的本发明范围内的各种实施方案的示例。

Claims (20)

1.一种涂料，其包括：

由含有水解烷氧基硅烷、水解有机硅烷和水解有机氟代硅烷的溶胶生成的干凝胶；

其中所述干凝胶包括抗反射性、耐磨损性和防水性。

2.权利要求1的涂料，其中所述烷氧基硅烷包括四甲氧基硅烷，所述有机硅烷包括甲基三甲氧基硅烷，和所述有机氟代硅烷包括三氟代丙基三甲氧基硅烷。

3.权利要求1的涂料，其中所述烷氧基硅烷包括四乙氧基硅烷，所述有机硅烷包括甲基三甲氧基硅烷，和所述有机氟代硅烷包括三氟代丙基三甲氧基硅烷。

4.权利要求1的涂料，其中所述烷氧基硅烷包括四甲氧基硅烷，所述有机硅烷包括甲基三甲氧基硅烷，和所述有机氟代硅烷包括(十三氟-1,1,2,2-四氢辛基)三甲氧基硅烷。

5.权利要求1的涂料，其中所述烷氧基硅烷包括四乙氧基硅烷, 所述有机硅烷包括甲基三甲氧基硅烷，和所述有机氟代硅烷包括(十三氟-1,1,2,2-四氢辛基)三甲氧基硅烷。

6.权利要求1的涂料，其中所述溶胶包括包含水解烷氧基硅烷的第一种溶胶和包含水解有机硅烷和水解有机氟代硅烷的混合物的第二种溶胶的混合物。

7.权利要求1的涂料，其中所述溶胶包含的所述四烷氧基硅烷对全部所述有机硅烷和所述有机氟代硅烷的相对重量百分比为约0.2-约2。

8.权利要求1的涂料，其中所述溶胶包含的所述有机硅烷对所述有机氟代硅烷的相对重量百分比为约0.5-约1.5。

9.权利要求1的涂料，其中所述干凝胶由含有所述溶胶；选自醇、酯、醚、醛和酮的有机溶剂；和水的混合物形成，其中所述混合物中所述溶剂和所述水的量为约50%-约99.5%重量。

10.权利要求9的涂料，其中所述溶液对所述水之比为基于重量计的约5-约20。

11.权利要求9的涂料，其中所述干凝胶包括当于低于150℃下固化时足以通过标准EN 1096.2磨损试验的耐磨损性。

12.权利要求1的涂料，其中所述溶胶进一步包括约0.001%-约2%重量的量的酸催化剂和其中所述溶胶的pH为约1-约4。

13.权利要求1的涂料，其中所述溶胶进一步包括约0.001%-约2%重量的量的碱催化剂和其中所述溶胶的pH为约7-约10。

14.权利要求1的涂料，其中所述溶胶进一步包括约0.1%-约10%重量的量的低分子量聚合物。

15.权利要求1的涂料，其中所述溶胶进一步包括约0.1%-约2%重量的量的粒度调整添加剂，与无所述粒度调整添加剂的相同涂料相比，其提供约0.5%-约2.0%的透射增加。

16.权利要求1的涂料，其中所述溶胶进一步包括交联添加剂。

17.权利要求1的涂料，其中所述溶胶进一步包括携带能与疏水性反应剂反应的官能团的烷氧基硅烷前体和其中所述干凝胶暴露于疏水性反应剂，以致与没有携带官能团的所述烷氧基硅烷前体和所述疏水性反应剂的相同涂料相比，所述干凝胶具有最高约15度的增加的表面接触角。

18.权利要求1的涂料，其进一步包括具有表面的底物，所述干凝胶附着在其表面上，以及其中所述干凝胶的厚度为约80 nm-约1微米。

19.权利要求1的涂料，其进一步包括表面的太阳能面板，所述干凝胶附着在其表面上。

20.一种涂料，其包括：

由含有水解烷氧基硅烷、水解有机硅烷和水解有机氟代硅烷的溶胶形成的干凝胶；

其中与无所述涂料的底物相比，所述涂料具有约90度-约178度的接触角，约2H-约9H的铅笔硬度，和约1%-约3.5%的增加的透射性。