[发明专利]一种通过调节孔隙率制备二氧化硅宽带增透膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过调节孔隙率制备二氧化硅宽带增透膜的方法，属于光学薄膜材料领域。

背景技术

玻璃表面的反光在很多场合下都会产生严重的负面影响，如显示系统的视觉效果下降，太阳能电池和激光系统的功率降低等。在玻璃表面镀制减反膜可以有效地减少反光、增加透过率，从而得到了广泛的研究。虽然物理真空气相沉积技术如电子束蒸发、磁控溅射等可以制备光学效果较理想的减反膜，但受限于成本、基底尺寸等问题，在很多应用领域并不适用。相比之下，采用湿法化学手段在玻璃表面涂覆减反膜具有成本低、控制容易、适用于大尺寸和不规则形状的基底等优点，非常适合橱窗玻璃、太阳能电池玻璃、激光光学元件等玻璃表面的减反射。

化学手段自身的特点决定了其最适合制备单层或双层减反膜，其中，单层减反膜要么不能产生高透过率，要么产生的透射光谱比较陡峭，只能在很窄的波段范围内实现高透过率，同时色彩失真较严重；而双层减反膜可以产生宽带减反射效果，在相当宽的波段内实现高透过率，所以从性能的角度来看是更加理想的选择。目前，双层膜的制备从工业化角度看还有很多问题，主要是工艺复杂，可控性差，性价比不高等。

本发明采用溶胶-凝胶技术制备了低成本、高性能的双层宽带减反/增透膜，其中两个膜层的成分都是二氧化硅，制备原料绝大部分相同，制备过程也很相似，因此在降低原料成本、设备成本以及操作成本等方面很有优势，此外，由于二氧化硅材料具有最强的抗激光损伤能力，所以相对于一般双层宽带增透膜选用不同材料作为高、低折射率膜层，本发明制得的薄膜样品具有很高的激光损伤阈值，可用于强激光系统中的透射元件，如氙灯挡板玻璃等，这是一般的宽带增透膜难以比拟的。

发明内容

为了克服单层增透膜剩余反射率高、色彩还原性差，以及一般宽带增透膜制备工艺复杂、成本高等问题，本发明提供了一种成本低廉、控制灵活、应用范围广的通过调节孔隙率制备二氧化硅宽带增透膜的方法。

本发明基于溶胶-凝胶技术，采用两种调节孔隙率的手段制得了孔隙率分别在10%和55%附近，折射率分别在1.40和1.20附近的SiO₂膜层，通过两步提拉工艺，结合热处理，获得了平均透过率高，宽带效果明显，机械性能和抗激光损伤能力强的双层SiO₂增透膜。

本发明提出的通过调节孔隙率制备二氧化硅宽带增透膜的方法，具体步骤如下：

(1)制备高孔隙率/低折射率薄膜对应的溶胶

将正硅酸乙酯、无水乙醇、氨水和去离子水按体积比1：10：（0.15-0.4）：（0-0.15）在常温下混合搅拌1小时以上，之后将溶液密封常温下老化3-8天，最后78℃回流2-6小时得到稳定的溶胶。

(2) 采用下述任一种方法制备低孔隙率/高折射率薄膜对应的溶胶

将正硅酸乙酯、无水乙醇、催化剂、去离子水按体积比1：10：（0.05-0.5）：（0.05-0.3）在常温下混合搅拌50-70分钟，然后静置3-10小时得到稳定的溶胶；所述催化剂为浓度为36%-38%的盐酸或醋酸；或者：

将无水乙醇、氨水、去离子水和聚乙二醇在常温下混合搅拌10分钟以上，快速加入正硅酸乙酯继续搅拌1小时，之后将溶液密封常温下老化2-4天，最后78℃回流2-6小时得到稳定的溶胶；正硅酸乙酯、无水乙醇、氨水、去离子水和聚乙二醇的体积比为1：10：（0.15-0.4）：（0-0.15）：（0.1-0.3），聚乙二醇的分子量为400或600。

(3) 双层膜的制备

将洁净的玻璃基底竖直浸入到步骤(2)所得的溶胶中，以0.5-5mm/s的速度匀速提拉，提拉结束后在空气中自然干燥2分钟，然后浸入到步骤(1)所得的溶胶中，以0.5-3mm/s的速度匀速提拉，最后对制得的双层膜样品进行热处理。

本发明中，步骤(3)所述热处理采用下述任一种方法：

直接对样品进行400-600℃热处理，处理时间为2小时；

或者：

将样品置于氨气氛中进行150℃-300℃热处理，处理时间为3-5小时。

本发明中，所述氨水浓度为25%-28%。

利用本发明方法制得到的产品，其低孔隙率薄膜孔隙率为5%-12%，折射率为1.40-1.44；高孔隙率薄膜孔隙率为50%-60%，折射率为1.18-1.23。