[发明专利]折射率可控的多孔性二氧化硅减反膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学减反膜或称增透膜，特别是一种折射率可控的多孔性二氧化硅减反膜的制备方法。

背景技术

光学减反膜(或称增透膜)应用于光透过元件表面，可以减少元件表面引起的光反射。光透过元件包括光学系统中的玻璃窗口和透镜、建筑窗口玻璃、太阳能封装玻璃、光学晶体和透明陶瓷等。溶胶凝胶法(湿化学法)是一种制备光学减反膜的有效方法。与真空法膜层相比，溶胶凝胶膜层具有室温大气环境下可涂膜、良好的光学性质和低成本等优势。

溶胶凝胶法的基本科学原理是化学反应的水解缩聚。在正硅酸乙脂的水解缩聚过程中，1968年，W与Fink A，在J.Colloidal andInterface Science，26(1968)62一文报道了采用碱催化技术，首次制备了含有SiO₂固体颗粒的悬胶体，其中SiO₂固体颗粒的尺寸大小分布是可控制的。1986年，Thomas I M在Appl.Opt.，25(1986)1481一文报道了在硅酸乙脂的水解缩聚化学反应过程中，采用碱(氨水)催化原理制备了SiO₂涂膜悬胶体，通过旋转法和浸渍提拉法涂制多孔性SiO₂减反膜，膜层折射率是1.22。膜层应用于高功率激光系统中光学元件(如石英玻璃、K9玻璃、磷酸二氢钾晶体)是一种比较理想的减反膜，能够承受高功率激光辐照。但是膜层极易被擦除。Belleville P F与Floch HG在Proc.SPIE，2288(1994)25一文中对于溶胶凝胶法多孔性SiO₂减反膜(折射率1.22-1.25)进行氨水的气氛处理后，使膜层的激光破坏阈值有所提高，并且改善了膜层的机械强度。但是，膜层用布擦拭也有所损坏。K.Cathro，D.Constable和T.Solaga在Solar Energy 32[5](1984)573报道，多孔性SiO₂涂层与硼硅酸盐玻璃结合不牢，涂膜后增加一道后处理工序，即在NaHCO₃中浸渍涂膜玻璃，如此在涂层表面产生Na₂CO₃粒子出现老化作用。德国肖特股份有限公司在ZL 03122590.X，US6,998,177 B2和DE 102 09 949 A1专利中发明了在太阳能玻璃体至少一侧具有附着牢固和耐擦拭的多孔性的含SiO₂和含磷的减反射涂层。膜层热处理采用低于Tg温度(如500℃)，实施例涂层耐磨强度按DIN58196-5(或-6)测试。C.Ballif，J.Dicker，D.Borchert和T.Hofmann在SolarEnergy Materials & Solar Cells 82(2004)331-344报道了在太阳能玻璃二面浸涂多孔性SiO₂减反射膜，膜层折射率1.27，膜层热处理与玻璃钢化同时进行，膜层铅笔硬度3H。沈军与谢志勇在武汉理工大学学报，29(2007)180一文中报道了在酸催化制备的SiO2溶胶体中加入碱催化的SiO₂悬胶体进行改性，这种方法特点是碱催化方法和酸催化方法并联使用。通过旋转法和浸渍提拉法涂制多孔性SiO₂减反膜，膜层折射率是1.29，适度地提高了膜层的机械强度。G.San Vicente，R.Bayon，N.German和A.Morales在Thin Solid Films 517(2009)3157-3160报道了在太阳能玻璃二面浸涂甲基改性的多孔性SiO₂减反射膜，涂膜液制备方法采用碱催化和酸催化并联使用。

上述多孔性SiO₂膜层折射率是1.22-1.29，膜层的气孔率达到50％左右。一般玻璃基板包括K9光学玻璃、太阳能玻璃、建筑玻璃的折射率约1.52，1.22～1.25的多孔性SiO₂膜层对于这些玻璃基板可以达到理想的表面减少反射效果，单波长表面反射率可以从每个面约4％下降到0.1％以下。也可以达到宽波段高效减反效果。但是因为膜层气孔率高达50％左右，所以膜层的硬度较低，铅笔硬度一般都在2～3H。即使采用涂膜前涂膜液的改性和涂膜后膜层热处理或化学处理等方法，膜层的硬度提高都有限。

发明内容

本发明的目的提供一种折射率可控的多孔性二氧化硅减反膜的制备方法，该方法制备的膜层具有高硬度、高化学稳定性、自洁性好和宽带减反的特点。

本发明的技术解决方案如下：