[发明专利]一种带镧系氧化物疏水光学薄膜的光学镜片及其制备

说明书

技术领域

本发明涉及镀膜领域，具体涉及到一种可保证疏水性和透光性双重性质的镧系氧化物疏水光学薄膜领域。

背景技术

疏水和超疏水涂层成为近年来的研究热点。最开始,人们利用仿生学原理,模仿荷叶表面的微纳结构,制备疏水涂层,水滴在其表面接触角可达到130°-160°,具备疏水甚至超疏水性能。后来，科学家们开发出一些低表面能的有机疏水涂层，如聚四氟乙烯等。但在一些特殊领域,如具有疏水性要求的光学元器件表面,要求该疏水涂层在工作波段是透明的，并在特殊情况下，可应用于复杂恶劣环境，如高温高湿等条件。一般的氧化物非晶材料，如SiO₂，Al₂O₃等都是亲水性材料，无法满足要求。镧系元素未成对电子处于次外层，而被充满电子的外壳层包裹，与外界交换电子的能力弱，镧系氧化物陶瓷材料这一特殊的电子排布形式，决定了其是一类本征疏水性材料，可满足上述要求，应用于光学元器件表面的疏水涂层。镧系氧化物陶瓷块体材料的疏水性研究已见报道，但薄膜材料报道较少，尤其是应用在光学薄膜上更是罕见报道。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种镧系氧化物疏水光学薄膜，用来解决某些光学元器件表面疏水性的要求。

本发明的疏水涂层是非晶态透明的镧系氧化物薄膜，有CeO₂,Pr₆O₁₁,Nd₂O₃,Sm₂O₃,Eu₂O₃,Gd₂O₃,Tb₄O₇,Dy₂O₃,Ho₂O₃,Er₂O₃,Tm₂O₃,Yb₂O₃和Lu₂O₃,共13种。

本发明的镧系氧化物薄膜须由原子层沉积镀膜工艺制备。

所述的镧系氧化物薄膜表面光滑，具有本征疏水性能。

所述的镧系氧化物薄膜透光波段可涵盖可见光和近红外光波段；折射率可与现有光学膜层材料匹配。

本发明公开了一种原子层沉积法制备的镧系氧化物疏水光学薄膜，其膜层材料采用镧系氧化物，该膜层镀于光学镜片基底表面时，不影响原镜片的光学性能。可应用于要求疏水性的光学器件表面，如防雾光学透射镜、反射镜、带通滤光片、窄带滤光片或太阳能电池表面等。本发明的镧系氧化物薄膜须采用原子层沉积镀膜工艺和设备进行制备，疏水性好，光学性能优良，应用广泛。

附图说明

图1：原子层沉积膜结构示意图，原子层沉积膜厚度10-30nm，基片 可以是块体光学材料或光学镜片，也可以是带有单层膜或多层膜的光学镜片。

图2：原子层沉积CeO₂膜前后疏水性能比较，膜厚25nm，左图为水滴在原带通滤光片表面停留照片，静态接触角为52°；右图为水滴在镀CeO₂膜的带通滤光片表面停留照片，静态接触角为108°。

图3：橙色实线为设计工作在710-720nm的带通滤光片的透射光谱图，绿色虚线为原子层沉积生长25nmCeO2薄膜的带通滤光片的透射光谱图。可以看出增加一层25nmCeO2薄膜对原带通滤光片光学性能几乎无影响。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述得具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

例：带通滤光片的光入射侧表面镀膜；

由原子层沉积镀膜工艺和设备(型号Nano9000，Ensure Nanotech)进行制备时，所采用的制备参数为：Ce(thmd)₄前驱体的蒸出温度为110℃，脉冲持续时间为1s，脉冲间隔为1.5s；臭氧的脉冲持续时间为1.5s，脉冲间隔为2s；高纯氮气(99.999％)做为稀释和缓冲气体；原子层沉积薄膜的生长温度为220℃；反应腔室的压力为2-3mbar。

制得的CeO₂薄膜，采用GBX-HTECH接触角仪对其表面润湿性能进行测试，使用去离子水作为润湿液体，液滴体积3μl，水滴在其上的静态接触角达108°。