一种耐高温减反光学膜及其制备方法和用途技术

本发明专利技术提供了一种耐高温减反光学膜及其制备方法和用途，所述方法包括以下步骤：对升华性材料和二氧化硅的混合膜，进行高温处理，得到具有纳米孔隙结构的二氧化硅膜。采用本发明专利技术的方法制备得到的减反光学膜可以降低反射率到0.3％以下，减反中心波长可在400nm‑1000nm范围调节，工作温度从0℃到1000℃，可用于高温应用场景下光学器件(如光学窗口、透镜、偏振镜片、滤光片等)的增透。

【技术实现步骤摘要】
一种耐高温减反光学膜及其制备方法和用途
本专利技术属于光学功能薄膜制备
，涉及一种减反光学膜及其制备方法和用途，尤其涉及一种耐高温减反光学膜及其磁控溅射制备方法和用途。
技术介绍
光学薄膜是一类重要的光学元件，它广泛地应用于现代光学、光电子学、光学工程以及其他相关的科学
在光的传输、调制，光谱和能量的分割与合成以及光与其他能态的转换过程中起着不可替代的作用。在一些极端条件下的应用需求，对于薄膜耐高温性能提出了很高的要求。例如原位光学显微成像的材料生长系统镜片需要耐受1000℃高温的光学膜，此外投影仪中的滤波片、各种光伏热伏电池系统中的反射镜、以及航天器中用到的高温热辐射屏蔽器件等等也都需要具有一定耐高温性能的光学薄膜器件。由于光源的强度以及热源的温度很高，这些器件在满足一定光学性能的同时，还要具有较高的耐高温性能。这对传统的薄膜材料提出了挑战。目前制备高温薄膜，通常采用硅、锗等半导体材料和银、铝、铜一等金属材料，然而都存在一定的局限性。如硅和锗在可见光波段不透明，并且易于被氧化；而金属银、铜、铝容易于被氧化。对于多层结构的光学膜，传统的高折射率材料如五氧化二铌、五氧化二钽、二氧化钛也没有很好的耐高温性能，原因在于这些材料在一定温度下都会发生重结晶，伴随着颗粒长大、表面龟裂等，造成薄膜的光学性能偏离设计结果。光学镜片材料二氧化硅能经受1000℃的高温，己经基本满足薄膜耐高温需求，但是现有的光学薄膜工作温度一般不能超过500-600℃。然而这样的工作温度并不能满足某些特殊应用的需要。CN109467317A公开了一种表层具有封孔结构内层具有介孔结构的二氧化硅增透膜及其制备方法，所述增透膜为上下双层膜结构，上层SiO2薄膜中SiO2纳米颗粒致密排布，下层SiO2薄膜中SiO2纳米颗粒排布形成多个纳米孔洞结构，所述孔洞结构的孔径为2～50nm。该二氧化硅膜，表面为封孔结构二氧化硅膜，底层的二氧化硅介孔膜为网状结构，表层中二氧化硅缩聚物之间结合紧密，从而使上层为孔隙率很低的致密的二氧化硅膜，由于表层为闭孔结构，水分子无法进入薄膜孔隙中，从而增透膜具有优良的环境稳定性和耐候性。但是，此专利所需原料种类繁多、制备流程复杂、制备周期长、良率低。由于原料复杂，所以制备出的二氧化硅膜中会有多种杂质残留，影响二氧化硅薄膜的使用条件和使用寿命，造成薄膜难以在高于700℃的温度下长时间使用。CN106892575A公开了一种多孔二氧化硅减反射膜的制备方法，包括以下步骤：1)以正硅酸乙酯、十六烷基三甲基溴化铵、磷酸缓冲液、碱催化剂为原料制备二氧化硅纳米空心颗粒溶胶；2)将二氧化硅纳米空心颗粒溶胶用透析袋进行透析后烘干退火，得到二氧化硅空心球颗粒；3)以二氧化硅空心球颗粒、正硅酸乙酯、去离子水、酸催化剂、无水乙醇为原料制备胶液；4)将干净的玻璃基底在胶液中提拉镀膜并进行退火，得到多孔二氧化硅减反射膜。采用该方法制备的减反射膜为闭孔多孔膜，同时兼具透过率高，硬度、膜层附着力大，耐候性好的特点。但是，此专利与CN109467317A同样存在原料种类多、流程复杂、制备周期长、良率低以及无法长时间在高于700℃下使用的问题。综上所述，如何制备耐受温度达到1000℃的光学膜仍是目前亟待解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术的目的在于提供一种减反光学膜及其制备方法和用途，尤其在于提供一种耐高温减反光学膜及其磁控溅射制备方法和用途。本专利技术以二氧化硅和升华性材料为原料，先制备二者的混合膜(例如采用磁控溅射法制备混合膜)，经过后期高温处理后得到了可耐高温的光学二氧化硅膜，所得膜具有减反射性能，可以降低反射率到0.3％以下，减反中心波长可在400-1000nm范围调节，工作温度从0℃到1000℃，可用于高温应用场景下光学器件(如光学窗口、透镜、偏振镜片、滤光片等)的增透。本专利技术所述“耐高温减反光学膜”指：本专利技术的减反射光学膜可以在包括200℃-1000℃的高温环境下长时间正常工作。为达上述目的，本专利技术采用如下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种减反光学膜的制备方法，所述方法包括以下步骤：对升华性材料和二氧化硅的混合膜，进行高温处理，得到具有纳米孔隙结构的二氧化硅膜。本专利技术的方法中，所述高温处理的温度大于升华性材料升华的温度，从而使其升华性材料升华为气态而去除，得到具有纳米孔隙结构的二氧化硅膜。本专利技术的方法，使用的原料少、制备流程简单、制备周期短、制备二氧化硅薄膜良率高。由于薄膜所含杂质少，所以孔隙结构稳定，可以长时间在0℃-1000℃温度范围内长时间工作。以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为对本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果。优选地，所述混合膜的制备方法包括：采用磁控溅射仪，以升华性材料靶材和二氧化硅靶材作为溅射源，溅射镀膜，制备得到升华性材料和二氧化硅的混合膜。本专利技术中，优选升华性材料具有较高的熔点，以保证其作为靶材溅射的良好效果，优选熔点大于等于300℃。此优选技术方案采用磁控溅射仪，以升华性材料和二氧化硅靶材作为溅射源，制备升华性材料、二氧化硅混合膜。此优选技术方案采用磁控溅射的方法制备混合膜，与电子束蒸镀、真空蒸镀等方法相比，磁控溅射法具有许多优点，如任何物质均可以溅射，尤其是高熔点、低蒸气压的元素和化合物；溅射膜与基板之间的附着性好；薄膜密度高；膜厚可控制和重复性好；尤其是可实现不同组分混合膜均匀可控的生长制备。优选地，所述升华性材料包括二氧化钼、三氧化钼、三氧化二锑或二氧化硒中的任意一种或任意组合。优选地，所述升华性材料在混合膜中的体积分数为15％-80％，例如15％、16％、18％、20％、23％、25％、27％、30％、35％、40％、43％、46％、50％、55％、58％、60％、65％、70％、75％或80％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。若体积分数小于15％，会导致二氧化硅薄膜孔隙结构太小太少，不能起到减反射的作用；若体积分数大于80％，会导致二氧化硅薄膜连续性变差，一方面会导致薄膜稳定性变差，另一方面导致薄膜无法实现减反射的效果。更优选为60％-75％。优选地，所述混合膜的厚度为100nm-200nm，例如100nm、120nm、125nm、130nm、140nm、150nm、165nm、180nm或200nm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，所述高温处理的温度为200-950℃，例如200℃、220℃、230℃、260℃、280℃、300℃、325℃、350℃、400℃、500℃、600℃、700℃、725℃、750℃、800℃、850℃、900℃或950℃等。但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。本专利技术的高温处理的温度需满足升华性材料合适的饱和蒸气压范围，优选大于等于10毫米本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种减反光学膜的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：/n对升华性材料和二氧化硅的混合膜，进行高温处理，得到具有纳米孔隙结构的二氧化硅膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种减反光学膜的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
对升华性材料和二氧化硅的混合膜，进行高温处理，得到具有纳米孔隙结构的二氧化硅膜。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合膜的制备方法包括：
采用磁控溅射仪，以升华性材料靶材和二氧化硅靶材作为溅射源，溅射镀膜，制备得到升华性材料和二氧化硅的混合膜。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述升华性材料包括二氧化钼、三氧化钼、三氧化二锑或二氧化硒中的任意一种或任意组合；
优选地，所述升华性材料在混合膜中的体积分数为15％-80％，优选为60％-75％。
优选地，所述混合膜的厚度为100nm-200nm。


4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述高温处理的温度为200-950℃；
优选地，升华性材料为三氧化二锑时，高温处理的温度为700℃-950℃，优选为750℃-900℃；升华性材料为三氧化钼和/或二氧化钼时，高温处理的温度为800℃-950℃，优选为850℃-900℃；升华性材料为二氧化硒时，高温处理的温度为200℃-300℃，优选为220℃-300℃；
优选地，所述高温处理的时间为5h-20h。


5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述混合膜设置于基体的单侧表面或者双侧表面。

【专利技术属性】
技术研发人员：谢黎明，赵朝阳，王新胜，宋志伟，
申请(专利权)人：国家纳米科学中心，
类型：发明
国别省市：北京;11