一种液态自修复高阈值激光防护膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种液态自修复高阈值激光防护膜及其制备方法，属于光学薄膜的制备方法。一方面解决以往激光防护膜阈值不高的问题，另一方面利用液体可变形的特性获得在激光损伤后能够自我修复的能力，从而可以多次可重复地抵御高能激光攻击，避免系统失效或损坏。防护膜包括基底以及容置于两片基底之间的纳米胶体复合物，两片基底之间的边缘处通过粘结剂进行封装；基底为BK7玻璃、石英或氧化铝；纳米胶体复合物包括第一原料、醇、耐高温添加剂、酸抑制剂和去离子水，第一原料为金属醇盐或金属卤化物。最终获得了具有高激光损伤阈值同时又能在激光破坏后自修复的液态薄膜，解决了常规的激光防护薄膜阈值较低且损伤一次后即失效的难题。效的难题。

【技术实现步骤摘要】
一种液态自修复高阈值激光防护膜及其制备方法


[0001]本专利技术属于光学薄膜的制备方法，具体涉及一种新型液态能够自修复的激光防护膜的制备方法。

技术介绍

[0002]大功率高能量激光器的出现，使得激光能够作为武器对光电设备传感器、光学器件以及太空卫星等进行辐照攻击，通过致盲或熔毁来瘫痪系统。为了应对这种攻击与威胁，激光防护膜应运而生，其作用是最大限度抵抗激光武器造成的辐照损伤，提高设备的生存几率。当前，针对高能激光武器的防护膜主要有以下几种：（1）多层高反射金属作为激光防护膜，能够在一定程度上抵御激光武器的热损伤；（2）高激光损伤阈值的材料镀在最外层作为保护膜，提高系统整体的抗激光损伤能力；（3）镀制热致相变膜或非线性光学膜来防护，通过材料相变或非线性吸收来快速衰减激光能量，使得辐照到系统上的激光能量大幅下降以避免损伤。
[0003]但是，现有的激光防护膜仍然存在一些突出问题，例如防护膜本身的激光损伤阈值较低，如二氧化钒热致相变膜由于自身带隙较小抗激光损伤能力较弱，同时反应时间较慢，在高能激光辐照下无法做到有效与及时的保护系统。此外，目前的各类防护膜在高能激光辐照破坏后，一方面无法再次抵御后续的激光辐照攻击，另一方面则由于防护膜的损伤，对整个光学系统的透过性以及光束稳定性都会造成不利影响，甚至导致系统整体失效。如果能够制备出一种既具有高激光损伤阈值又同时具有损伤后自修复特性的薄膜，在高能激光防护领域将具有极大的应用价值。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对以上问题，提出了一种液态自修复高阈值激光防护膜的制备方法，一方面解决以往激光防护膜阈值不高的问题，另一方面利用液体可变形的特性获得在激光损伤后能够自我修复的能力，从而可以多次可重复地抵御高能激光攻击，避免系统失效或损坏。
[0005]本专利技术的技术方案为：所述防护膜包括基底以及容置于两片基底之间的纳米胶体复合物，两片基底之间的边缘处通过粘结剂进行封装；所述基底为BK7玻璃、石英或氧化铝；所述纳米胶体复合物包括摩尔比为1：10～500：0.01～5：0.01~50：0.01～0.15的第一原料、醇、耐高温添加剂、酸抑制剂和去离子水，所述第一原料为金属醇盐或金属卤化物。
[0006]按以下步骤进行制备：S1、将金属醇盐或金属卤化物前驱体加入醇中，搅拌0.1～2h混合均匀；然后加入耐高温添加剂，继续搅拌0.5～10h；随后加入酸抑制剂，搅拌0.1～2h；最后缓慢滴加去离子水，滴加过程中高速搅拌，0.5～24h后制得均匀透明的混合液，其中金属醇盐或金属卤化
物、醇、耐高温添加剂、酸抑制剂和去离子水的摩尔比为1：10～500：0.01～5：0.01~50：0.01～0.15；S2、制备的混合液在室温下搅拌0.5～2h后，密封置于0～5℃条件下陈化1～5天，制得纳米胶体复合物；S3、将基底浸泡于清洗液中，超声清洗5～50min，然后用去离子水冲洗干净，最后用高纯氮气吹干；S4、将纳米胶体复合物注入两片基底之间，两片基底之间的厚度为20～20000nm，然后采用粘结剂对两片基底外圈进行封装，确保纳米胶体复合物与外界环境完全隔离。
[0007]进一步的，步骤S1中的金属醇盐为乙醇钽、乙醇铌、丙醇钛、丁醇钛、丙醇锆、丁醇锆、丙醇铪、丁醇铪、硅酸乙酯中的任一种，或上述中的任意多种以任意体积比的混合物。
[0008]进一步的，步骤S1中的金属卤化物为氯化钽、氟化铌、氯化铌、氯化钛、氯化锆、氯氧化锆、氯化钇、氯化铪、氯氧化铪、氯化硅中的任一种，或上述中的任意多种以任意体积比的混合物。
[0009]进一步的，步骤S1中的醇是甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、乙二醇、丙三醇中的任一种，或上述中的任意多种以任意体积比的混合物。
[0010]进一步的，步骤S1中的耐高温添加剂是聚乙二醇、二乙醇胺、三乙醇胺、聚乙烯基吡咯烷酮、二甲基硅油、甲基氢硅氧烷聚合物、聚硅氧烷
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多烷氧基醚共聚物中的任一种。
[0011]进一步的，步骤S1中的酸抑制剂为盐酸、硝酸、硫酸、高氯酸、氢碘酸、氢溴酸、乙二酸、磷酸、柠檬酸、丙酮酸中的任一种。
[0012]进一步的，步骤S3中的基底为BK7玻璃、石英或氧化铝中的任一种。
[0013]进一步的，步骤S3中的清洗液为乙醇、石油醚或丙酮中的任一种，或是所述的乙醇、石油醚或丙酮其中的任意两种，以任意体积比的混合物。
[0014]进一步的，步骤S4中的粘结剂为氰基丙烯酸酯、环氧树脂、酚醛树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯、羟丙基纤维素、醋酸乙烯基聚合物、聚酰亚胺、聚硅氧烷中的任一种。
[0015]本专利技术的有益效果为：由于采用了上述方案，使用纳米胶体液态膜代替了常规的固态薄膜，获得了远超常规薄膜的激光损伤阈值，能够在高能激光辐照下依然可以获得保护效果；同时，液态膜克服了常规固态保护膜在高能激光损伤后无法再次提供保护的缺点，能够在激光辐照发生破坏后实现自我修复，因而可以对激光多次防护，这在一些难以更换保护膜的环境下例如太空环境中尤为适用。基于上述方案，最终获得了具有高激光损伤阈值同时又能在激光破坏后自修复的液态薄膜，解决了常规的激光防护薄膜阈值较低且损伤一次后即失效的难题，达到了本专利技术的目的。
[0016]本专利技术具有以下的优点：一、本专利技术采用了纳米胶体复合物作为激光防护膜中的核心层，即不会降低光学透过率，同时相比常规的固态激光防护膜，又大大提升了能够承受的激光损伤能量。
[0017]二、本专利技术中的纳米胶体复合物与常规的溶胶凝胶法制备过程中的胶体存在两个重要不同点：（1）常规的溶胶凝胶法主要目的是最终制备出固体薄膜，本专利技术中的胶体希望长久地保持稳定的液态形式，所以在抑制剂的选择和用量上有明显的区别；（2）本专利技术中的纳米胶体复合物特别添加了耐高温添加剂，其目的是为了抵御激光作用过程中的温度升高。正是由于上述两点的共同作用，使得本专利技术的液态膜具有比常规薄膜更高的激光损伤
阈值。
[0018]三、本专利技术中采用了液态膜作为激光防护膜，完全不同于常规的固态激光防护膜，具有常规防护膜所没有的自修复的特点，能够在激光辐照损伤后自我修复，并再次甚至连续多次地提供防护。
[0019]四、该方法制备的液态防护膜由于采用了粘结剂封装隔绝外界环境的方式，所以能够适用于多种不同的气氛、压力和湿度等严苛环境，解决了以往激光防护膜受环境中气氛、压力和湿度等因素制约严重的问题。
具体实施方式
[0020]为能清楚说明本专利的技术特点，下面通过具体实施方式，对本专利进行详细阐述。
[0021]实施例1：将0.5mol氯化铌加入到22.5mol乙醇中，搅拌0.2h。然后加入1.25mol二乙醇胺，搅拌0.5h后再加入0.5mol盐酸，继续搅拌0.2h。随后缓慢滴加0.03mol去离子水，滴加过程中高速搅拌，1h后制得透明的混合液。将上述混合液密封后在2℃下陈化3天，制得含铌纳米胶体复合物。将BK7玻璃基底浸泡于石油醚中，超声清洗15min，然后用去离子水冲洗干净，最后本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液态自修复高阈值激光防护膜，其特征在于，所述防护膜包括基底以及容置于两片基底之间的纳米胶体复合物，两片基底之间的边缘处通过粘结剂进行封装；所述基底为BK7玻璃、石英或氧化铝；所述纳米胶体复合物包括摩尔比为1：10～500：0.01～5：0.01~50：0.01～0.15的第一原料、醇、耐高温添加剂、酸抑制剂和去离子水，所述第一原料为金属醇盐或金属卤化物。2.一种权利要求1所述的液态自修复高阈值激光防护膜的制备方法，其特征在于，按以下步骤进行制备：S1、将金属醇盐或金属卤化物前驱体加入醇中，搅拌0.1～2h混合均匀；然后加入耐高温添加剂，继续搅拌0.5～10h；随后加入酸抑制剂，搅拌0.1～2h；最后缓慢滴加去离子水，滴加过程中高速搅拌，0.5～24h后制得均匀透明的混合液，其中金属醇盐或金属卤化物、醇、耐高温添加剂、酸抑制剂和去离子水的摩尔比为1：10～500：0.01～5：0.01~50：0.01～0.15；S2、制备的混合液在室温下搅拌0.5～2h后，密封置于0～5℃条件下陈化1～5天，制得纳米胶体复合物；S3、将基底浸泡于清洗液中，超声清洗5～50min，然后用去离子水冲洗干净，最后用高纯氮气吹干；S4、将纳米胶体复合物注入两片基底之间，两片基底之间的厚度为20～20000nm，然后采用粘结剂对两片基底外圈进行封装，确保纳米胶体复合物与外界环境完全隔离。3.根据权利要求2所述的一种液态自修复高阈值激光防护膜的制备方法，其特征在于，步骤S1中的金属醇盐为乙醇钽、乙醇铌、丙醇钛、丁醇钛、丙醇锆、丁醇锆、丙醇铪、丁醇铪、硅酸乙酯中的任一种，或上述中的任意多种以任意体积比的混合物。4.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：许程，杨朝贵，韩笋，张苗，高奕，冯培忠，李大伟，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：