大面积减反射膜的制备

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此造成 。 (2) 原料的影响 :原料不纯或是配成的溶液
未经过滤提纯 ,内部所含的杂质在烧成时分解 而形成缺陷 ;同时 ,硅溶液时刻都在进行凝胶过 程 ,生成的凝胶团聚粒子在镀膜过程中很容易 黏附于第一层膜上 ,其性质与周围线型凝胶生 成的均匀膜层不同 ,烧结后产生十分明显的缺
陷。 (3) 烧结过程炉内污染 :高温时炉内气流对
膜层的“冲击”使气流所含不洁物质对膜层产生 污染 ;或是其它污染 ,如接触炉壁 ,灰尘进入等 , 都会对最终膜层质量造成影响 。 413 影响膜层质量的因素
(1) 基底 。玻璃原片的清洗在整个镀膜过 程中占有十分关键的地位 ,玻璃不干净 ,不可能 镀出高质量的膜 。应注意三个环节 :一是选片 , 最好时新玻璃 ,无划伤 ,无霉斑 ;二是严格进行 清洁剂清洗 —酸洗 —去离子水冲洗的过程 ;三 是进镀膜室之前避免二次污染 。
整理工作的情况 。同时还布置了组织实施“千 厂千会协作行动”的工作 。对学会 1998 年将要 开展的各项重点工作 ,特别是几个重点的国际 学术会议作了详细介绍 ,并鼓励会员单位积极 参加 ,传播技术和产品信息 ,扩大会员单位的影 响。
在会上各团体会员单位就如何做好学会的 工作提出了一些很好的建议 ,如河北冀东水泥 股份责任公司生产技术处张博俭处长还介绍了 党的十五大召开给企业带来的生机 ,该企业联 合兼并 、壮大实力和积极发展的体会 。会后代 表们参观 、考察了成都府南河水利建设工程 。
1152/ 2128/ 1146/ 1100 λ0 = 550nm
41 结果分析
411 性能测试 (1) 下表为建材院安全玻璃检测中心所测 部分数据 :
编 号 1
2
3
4 基底玻璃
反射比 1. 96 1. 75 1. 87 2. 02 7. 31
透射比 96. 38 96. 45 95. 98 95. 50 89. 43
同理 ,可设计出三层宽带减反射膜 ,它在较 宽的波长范围内有低的折射率 ,入射率曲线为 U 形 ,图 2 为两层膜的 V 形曲线 。
31 实验过程
311 溶液配制 (1) 钛液的配制 :第一层是 TiO2 膜 。选用 的原料是钛酸四丁酯 ,以乙醇为溶剂 。溶液的 浓度调整于 2 %~9 %之间为最佳 ,浓度过低则 膜层太薄 ,过高会因膜层太厚而容易开裂 ,并且 不易于与第二层搭配 。加入浓盐酸适量作催化
(中国硅酸盐学会 孙玉霞)
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硅酸盐通报 1997 年第 6 期 透射曲线见图 3 ,由图可见透过率有很大
的提高 (所选区域为近紫外部分波长 400nm 附 近 ,对比未镀膜玻璃 ,透过率至少增加 6 个百分 点 。) 。
图 3 镀两层减反射膜玻璃可见光透过光谱曲线 1 # ,2 # —减反射膜玻璃 ,3 # —基片玻璃
反射 ,抑制因镜面反射损失的光 ,达到减反射的 目的 。但这种膜的机械性能及光学性能稍差 。 其二是在基底表面形成高低折射率层交替的多 层膜 ,通过每层膜间折射率系数的匹配及膜厚 的控制 ,使入射光线在膜层间通过时 ,遵循设定 的合理光路发生干涉而达到减反射的目的 。这 种膜减反效果好 ,膜层与基底结合牢固 ,耐磨 性 ,抗划伤性及耐气候性非常理想 。我们设计 了两层及三层的膜系 ,这里主要介绍两层的 ,三 层与此类似 ,见图 1 。
(2) 耐磨性测试 ( GB1318 - 88) 温度 19 摄氏度 ,相对湿度 66 % ,摩擦半径
R = 14cm 。试样有效孔径 = 42mm ,转速 n = 238 转/ 分 。每摩擦 2000 转 ,用 г= 6 ×放Leabharlann Baidu镜 观察 ,试样无损坏 ,无擦痕 ,符合一级强度 。
(3) 耐酸碱性 ( GB1318 - 88) 在室温摄氏 23 度 ,相对湿度 65 %的实验 室条件下 ,2vol %的盐酸及 2wt %的氢氧化钾溶 液浸泡样品 24 小时 ,经测试膜层各项性能无变 化。 412 缺陷分析 镀后膜层最明显的缺陷是出现肉眼可见的 斑点 。直径在 015mm 以下 ,SEM 照片见图 4 , 由图可见其形貌为不规则的颗粒 ,膜层在此出 现不连续 。归纳形成的原因主要有以下几点 :
(η为各不同折射率层的光纳 , 在只考虑
90°入射且吸收常数不变时 η, 近似等于 n)
这里 ,低折射率系数为 1145 左右 ,高折射
率系数为 2128 左右 ,如此设计的膜层厚度可以
算出为 :第一层 0111λ0 ,第二层 0131λ0 ,取可见 光 区 550nm 波 长 时 , n1d1 = 65nm , n2d2 = 170nm 。通过溶液及镀膜工艺的控制 ,即可得
(2) 膜层最终质量取决于镀膜工艺 。
参考文献
[1] (英) 麦克劳德. 光学薄膜技术. 国防工业出版社. 1974.
·学会活动·
中国硅酸盐学会第八次团体会员工作会议纪要
中国硅酸盐学会第八次团体会员工作会议 于 1997 年 10 月 22 日至 24 日在四川省成都科 技活动中心召开 ,来自 14 个会员单位 22 人参 加了会议 。
原料 制备
镀膜液 的配制
第一层膜 (提拉法 )
干燥 烧结
基片清洗 , 干燥
最后 烧结
第三 … n层膜
干燥 烧结
第二 层膜
313 工艺条件 镀膜室温度 10~25 摄氏度 ,湿度不高于
Rh70 % ,提拉速度置于 3~15cm/ min (视具体 条件而定) ,镀膜室必须清洁 ,干燥 ,无灰尘 。
图 2 两层减反射膜理论反射率与波长的关系 玻璃/ TiO2/ SiO2/ 空气
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图 1 涂有两层膜的基片界面示意图
n0 ,n1 ,n2 , n3 , 分别为入射媒质 ( 通常是空
气) ,低折射率层 ,高折射率层 ,基底的折射率系
数 δ; 1 δ, 2 分别为两层膜的相位厚度 ,由卡塔兰
所给的公式 :
cosδ1 ηi 1sinδ1
O1scionδsδ11/η1
cosδ2 ηi 2sinδ2
21 膜层技术设计
制备减反射玻璃 ,主要通过两种途径 :一种 途径是在基底的表面沉积一层透明的低折射率 材料的薄膜 ,使光经过此膜的光程恰好为λ/ 4 , 入射光在膜的两个表面发生抵消而 达到减反 射的目的 ;另一个途径是在玻璃表面形成一种 梯度折射率层 ,其一是在基底表面形成一层凸 凹不平的具有“蜂眼效应”的多孔膜层 (常用无 机酸等化学试剂腐蚀的办法制备) ,表面因这层 膜的存在而与基底相比发生折射率系数的改 变 ,加上凹坑和凸起使入射光线发生较多的漫
剂 ,使 p H 值不高于 5 。溶剂可选用不同醇的混 合溶剂 ,根据条件再加入促进或是抑制水解的 其它试剂 ,混匀放置一段时间即可使用 。
(2) 第一层为 TiO2 、SiO2 时 ,选用钛酸四丁 酯和正硅酸乙酯 ,二者混合 ,比率介于 Ti∶Si = 1. 5∶1~3∶1 之间 (摩尔比) ,其它同 (1) 。
(4) 烧结 。烧结影响不可忽视 ,温度越高 , 膜层越致密 ,膜的机械性能越好 ;烧结时 ,炉内 温度要保持均匀 ,不能有大范围的温度波动 。
51 结 论
(1) 制备出光学性能和机械性能优异的减 反射膜 。尺寸大于 30 ×30cm2 。反射透射比均 比基底玻璃有明显改善 ,辐度达 5~6 个百分 点。
O1
sinδ2/η2 cosδ2
1 η3
推出 :
硅酸盐通报 1997 年第 6 期
tan2δ1
=
(η3 - η0) (η22 (η12η3 - η0η22)
- η0η3)η12 (η0η3 - η12)
tan2δ2
=
(η3 - η0) (η0η3 - η12)η22 (η12η3 - η0η22) (η22 - η0η3)
(2) 溶液 。溶液浓度适中 ,不可过高过低 , 控制在 011 ~1M 之间 。粘度不高于 5CP ,p H 值在 5 以下 。醇盐经提纯以后再配溶液 ,尤其 是硅醇盐的加水量要适合 。各溶液使用前必须 过滤 。
(3) 环境 。环境对镀膜影响非常大 ,温度过
硅酸盐通报 1997 年第 6 期
低 ,水解缓慢 ;而高温高湿下又会因水解过于激 烈而使膜层“发花”,得不到透明膜层 。温度应 控制 在 10 ~ 25 摄 氏 度 之 间 , 湿 度 不 高 于 Rh70 %。此外 ,机械的振动 ,空气的流动都有 不可忽视的影响 。
(3) 第二层为 SiO2 ,选用正硅酸乙酯为原 料 ,乙 醇 为 溶 剂 。浓 度 不 低 于 10 % , 最 好 在 10 %~20 %之间 ,加浓盐酸及水适量 (据环境条 件 SiO2 ∶H2O = 1~10) ,调 p H 值等于 5 左右 , 剧烈搅拌后 ,陈化一段时间待用 。 312 工艺流程
图 4 镀后膜层的 SEM 图 (照片中的大颗粒就是造成表观缺陷的主要原因 ,不规则的形状即有可能是微凝胶块 ,也可能是黏附的灰尘微 粒 ,膜层在此出现开裂和不均匀)
(1) 玻璃表面形貌及性质的影响 :玻璃表面 的物理化学性质与内部不同 ,表面向外的一侧 化学键处于不平衡的状态 ,由于表面自由能的 存在 ,易于吸附气体 、灰尘等杂质以使表面活性 降低 ,吸附的异物使基底与溶液浸润不好而出 现缺陷 。并且因为是复合膜 ,基底对两层膜以 及两层膜之间的交叉影响很大 。大部分缺陷由
会议由中国硅酸盐学会吴兆琦副秘书长主 持 ,学会办公室晋占平主任通报了学会 1996 年 以来的工作情况 ,孙玉霞同志汇报了一年来为 团体会员开展的服务工作 。
会上吴兆琦副秘书长传达了中国科协“关 于认真做好全国性学会清理整理工作的通知”, “中国科协清理整顿全国性学会工作的实施办 法”“, 民政部徐瑞新副部长在社会团体清理整 理工作会议上的讲话”精神 ,汇报了我学会清理
11 前 言
在现代光学薄膜生产中 ,减反射膜超过其 它所有类型的膜系 。在没有减反射膜的情况 下 ,由于光的反射损失或是基片的高“眩光”作 用 ,使许多仪器不能正常工作 。除去传统的照 相器材及观测仪器外 ,博物馆或展览馆及商店 的橱窗展台 ,太阳能收集器的玻璃罩板 ,可充分 利用太阳能的建筑节能玻璃 ,仪器仪表的防护 板等许多场合 ,都用到减反射玻璃 。这里所用 的玻璃尺寸都比较大 ,传统方法如蒸镀等不容 易制得大面积的膜 。其次 ,传统方法生产的膜 都比较脆弱 ,机械性能较差 ,应用受到限制 。这 里我们采用溶胶 —凝胶技术制备出大面积的减 反射膜 , 已在中试性生产中制出大于 30 ×30 (cm2) 的样品 ,并已经在汽车仪表盘等处有了 应用 ,使用效果良好 。
到理想的减反射膜 。〔另外 ,如果能够预先控制
膜厚 ,也可以用λ/ 4 - λ/ 4 的组合方式 ,只需调
整高折射率系数的值即可 ,而这通过溶液调整
可以很容易地得到 。即 :光垂直入射时 ,光纳 Y
= n12 n3/ n22 = n0 推 出 n2 = ( n12 n3) / n0 代 入 n1 ,n3 ,n0 的值即可〕
硅酸盐通报 1997 年第 6 期
大面积减反射膜的制备
孙宝斌 罗伍文 寇清华
(中国建筑材料科学研究院玻璃研究所 北京 100024)
摘 要 :采用溶胶 —凝胶技术在玻璃上镀出大面积的减反射膜 ,此膜为多层复合膜 。所得到的膜具有优良的光学 及机械性能 :光反射比由基片的 8 %降低到 2 %以下 ,耐磨擦 ,并可进行大面积镀膜 。本文探讨了制备大面积优质 减反射膜过程中所遇到的一些工艺上的问题 。 关键词 :减反射膜 ,制备 ,镀膜 ,光学性能 ,机械性能
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