【技术实现步骤摘要】
本申请涉及红外成像，特别是涉及一种红外光学材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、红外光学窗口是结构功能一体化的重要部件，既要保证光电系统的光学性能，又要保护光电系统不受外界因素破坏。这就要求窗口材料具有优异的光学性能以及高的机械性能，以应对复杂的应用环境，满足红外探测工作的要求。
2、一般常用红外光学材料，例如锗(ge)、硫化锌(zns)、硒化锌(znse)、砷化镓(gaas)、磷化镓(gap)、蓝宝石、氟化镁、尖晶石、alon和纳米复相陶瓷等，但是普遍强度低，同时均在透过率与机械强度之间存在折中选择，在复杂环境下可靠性差。与之对比，金刚石具有良好的力学性能、化学稳定性，以及在红外波段良好的光学透过性，因此，金刚石是一种优异的红外光学材料。
3、金刚石作为红外光学窗口材料主要面临的问题是金刚石具有高折射率(n＝2.4)。当波长为8μm至12μm的红外线通过时，材料发生高达29％的反射损耗，导致光学级金刚石的理论透过极限不高，只有71％，并且在材料自身生长、加工等过程中会出现不同缺陷导致实际透过率会更低，无法满足红外探测等方面需求。同时受到材料自身性能的影响，金刚石在中波红外区域存在明显的吸收。实际应用中往往需要进一步增透来满足光学元件的应用要求。
技术实现思路
1、本申请的目的在于提供一种红外光学材料，以改善材料的光学性能。
2、本申请的第一方面提供了一种红外光学材料，其包括金刚石基底、在金刚石基底一个表面上的周期性微纳结构、在金刚石基底的另一
3、在本申请的一种实施方案中，金刚石基底的厚度为300μm至10mm。
4、在本申请的一种实施方案中，微纳结构为三维结构，选自圆锥结构、尖锥结构、光栅结构、棱台结构、抛物线结构、金字塔结构或圆柱结构中的至少一种。
5、在本申请的一种实施方案中，微纳结构为具有对称性的阵列结构，阵列结构垂直于金刚石基底表面，阵列结构的周期小于λ/n，其中，λ为入射红外光波段的最大波长，n为金刚石材料的折射率；微纳结构的高度为100nm至3000nm，阵列结构的平面尺寸为≤4μm×4μm，倾斜角度为0°至30°。
6、在本申请的一种实施方案中，碳纳米管薄膜选自单壁碳纳米管、多壁碳纳米管中的至少一种；碳纳米管薄膜的厚度为10nm至300nm。
7、在本申请的一种实施方案中，增透膜的材料选自pbf2、yf3、baf2、zns、znse、tio2、zro2、y2o3、yb2o3、hfo2、al2o3、aln、si3n4及其复合体系中的至少一种。
8、在本申请的一种实施方案中，增透膜的厚度为100nm至3000nm。
9、在本申请的一种实施方案中，红外光学材料在波长为3μm至5μm的红外线透过率≥60％；红外光学材料在波长为8μm至12μm的红外线透过率≥80％。
10、本申请的第二方面提供了一种本申请第一方面所述的红外光学材料的制备方法，其包括：(1)将金刚石基底进行抛光与清洗；(2)在金刚石基底一个表面上制备微纳结构；(3)在金刚石基底另一个表面上制备碳纳米管薄膜；(4)采用蒸镀法、溅射法或离子镀法在碳纳米管薄膜上制备增透膜。
11、在本申请的一种实施方案中，所述制备微纳结构包括：(1)在金刚石基底表面蒸镀一层钛或铝，厚度为100nm至130nm；(2)在钛或铝层上旋涂一层光刻胶，厚度为600nm至1μm；(3)在光刻胶表面进行电子束光刻，后放入显影液中显影，得到掩模图形；(4)采用电感耦合反应离子刻蚀方法进行刻蚀，利用氧等离子体刻蚀，使用功率为100w至2000w，ar气体流量为10sccm至50sccm，氧气流量为10sccm至80sccm，sf6气体流量为0sccm至1sccm，气压为5mtorr至100mtorr，衬底功率为10w至200w，蚀刻时间为6min至20min。
12、在本申请的一种实施方案中，制备碳纳米管薄膜包括：(1)采用磁控溅射用高纯ni靶材在金刚石基底上形成一层ni催化剂薄膜，ar气体流量为10sccm至100sccm，溅射气压为1pa至50pa，溅射功率为10w至500w，预溅射1min至10min后，正式溅射ni薄膜，溅射时间为10s至120s；(2)采用化学气相沉积法制备碳纳米管薄膜，以ch4作为碳源，ch4气体流量为20sccm至100sccm，h2流量为20sccm至100sccm，ar气体流量为10sccm至100sccm，温度为700℃至1000℃，时间为10min至15min。
13、本申请的第三方面提供了一种红外光学部件，其包括本申请第一方面所述的红外光学材料或者本申请第二方面所述的制备方法制备的红外光学材料。
14、本申请的有益效果：
15、本申请提供了一种红外光学材料，其包括金刚石基底、在金刚石基底一个表面上的周期性微纳结构、在金刚石基底的另一个表面上的碳纳米管薄膜、和在碳纳米管薄膜上的增透膜。一方面，金刚石基底一个表面的微纳结构仅改变金刚石基底表面的形状，并不改变材料本身性能，避开金刚石基底与异质涂层结合的问题，同时降低表面红外反射，提高透过率；另一方面，增透膜能够减少红外反射，在金刚石基底的表面与增透膜之间的碳纳米管薄膜，能够提升增透膜与金刚石基底的结合力，从而提高金刚石基底的红外透过率，满足红外光学材料的应用需求。
16、当然，实施本申请的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
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1.一种红外光学材料，其包括金刚石基底、在所述金刚石基底一个表面上的周期性微纳结构、在所述金刚石基底的另一个表面上的碳纳米管薄膜、和在所述碳纳米管薄膜上的增透膜。
2.根据权利要求1所述的红外光学材料，其中，所述金刚石基底的厚度为300μm至10mm。
3.根据权利要求1所述的红外光学材料，其中，所述微纳结构为三维结构，选自圆锥结构、尖锥结构、光栅结构、棱台结构、抛物线结构、金字塔结构或圆柱结构中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的红外光学材料，其中，所述微纳结构为具有对称性的阵列结构，所述阵列结构垂直于所述金刚石基底表面，所述阵列结构的周期小于λ/n，其中，λ为入射红外光波段的最大波长，n为金刚石材料的折射率；
5.根据权利要求1所述的红外光学材料，其中，所述碳纳米管薄膜选自单壁碳纳米管、多壁碳纳米管中的至少一种；所述碳纳米管薄膜的厚度为10nm至300nm。
6.根据权利要求1所述的红外光学材料，其中，所述增透膜的材料选自PbF2、YF3、BaF2、ZnS、ZnSe、TiO2、ZrO2、Y2O3、Yb2O3、HfO
7.根据权利要求1所述的红外光学材料，其中，所述增透膜的厚度为100nm至3000nm。
8.根据权利要求1所述的红外光学材料，其中，所述红外光学材料在波长为3μm至5μm的红外线透过率≥60％；所述红外光学材料在波长为8μm至12μm的红外线透过率为≥80％。
9.一种根据权利要求1至8中任一项所述的红外光学材料的制备方法，其包括：
10.根据权利要求9所述的红外光学材料的制备方法，其中，所述制备微纳结构包括：
11.根据权利要求9所述的红外光学材料的制备方法，其中，所述制备碳纳米管薄膜包括：
12.一种红外光学部件，其包括根据权利要求1至8中任一项所述的红外光学材料或者权利要求9至11中任一项所述的制备方法制备的红外光学材料。
...【技术特征摘要】
1.一种红外光学材料，其包括金刚石基底、在所述金刚石基底一个表面上的周期性微纳结构、在所述金刚石基底的另一个表面上的碳纳米管薄膜、和在所述碳纳米管薄膜上的增透膜。
2.根据权利要求1所述的红外光学材料，其中，所述金刚石基底的厚度为300μm至10mm。
3.根据权利要求1所述的红外光学材料，其中，所述微纳结构为三维结构，选自圆锥结构、尖锥结构、光栅结构、棱台结构、抛物线结构、金字塔结构或圆柱结构中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的红外光学材料，其中，所述微纳结构为具有对称性的阵列结构，所述阵列结构垂直于所述金刚石基底表面，所述阵列结构的周期小于λ/n，其中，λ为入射红外光波段的最大波长，n为金刚石材料的折射率；
5.根据权利要求1所述的红外光学材料，其中，所述碳纳米管薄膜选自单壁碳纳米管、多壁碳纳米管中的至少一种；所述碳纳米管薄膜的厚度为10nm至300nm。
6.根据权利要求1所述的红外光学材料，其中，所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：张怡，周振翔，承刚，王颖，
申请(专利权)人：北京中材人工晶体研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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