碱催化二氧化硅增透膜的表面处理研究

摘要

增透膜是光学薄膜领域的一个重要分支，现已拥有庞大的工业生产规模，在各相关应用中起着至关重要的作用。在电视和摄影领域中使用的镜头组往往包含20多个光学透过元件，若这些元件均无使用增透膜，那么产品将无法正常高效的工作。另外，在日渐发展的高能激光系统中，包含了成百上千的光学透镜，这些透镜不仅要做增透处理，而且要求所镀增透膜必须要有较高的激光损伤阈值，否则将无法保证激光系统的正常运转。相对于传统的物理、化学沉积法增透膜，溶胶-凝胶法增透膜具有较高的激光损伤阈值，而且设备简单经济、常温常压操作、膜层纯度高且可以在分子水平上对膜层性质进行裁剪，膜层微观结构和折射率可控。此外，碱催化二氧化硅增透膜具有较低的、与增透元件相匹配的折射率，激光损伤阈值高于酸催化的增透膜，故已在高能激光系统中实现应用。值得注意的是，普通碱催化二氧化硅增透膜表面含大量疏水的羟基且为疏松多孔的结构，膜层光学稳定性和机械性能都不能满足实际使用要求，故涌现了大量对碱催化二氧化硅增透膜的表面改性研究，使膜层具有一定的疏水性和耐摩擦性，提高膜层的使用寿命。膜层的疏水改性主要是通过向膜层表面引入非极性的甲基以替换极性的羟基来实现的;六甲基二硅氮烷(HMDZ)是良好的疏水改性剂，已广泛用于膜层的表面改性，具有较好的改性效果。膜层耐摩擦性可通过水氨表面处理及在溶胶中加入有机交联剂来改善;水氨处理作为简便易行的表面处理方法，也已被众多学者认可。采用水氨蒸汽和HMDZ蒸汽联合处理二氧化硅膜层表面的方法已取得较好的改性效果，改性后的膜层也已应用于高能激光系统中。本文主要研究经水氨蒸汽和HMDZ蒸汽处理后，膜层微观结构的变化及其与处理结果之间的联系，并考察了单一水氨蒸汽处理、单一HMDZ蒸汽处理、先水氨后HMDZ蒸汽处理、先HMDZ后水氨蒸汽处理等各种处理方法对处理效果的影响。
　　 论文第一章介绍了光学薄膜的发展，光学薄膜的分类，光学薄膜的制备方法，光学玻璃基片分类及其清洗方法，对溶胶-凝胶法增透膜的国内外发展进行了综述，最后介绍了本课题的研究内容，目标及意义。
　　 论文第二章介绍了实验中主要使用的实验试剂，实验器材和实验具体内容，详细介绍了对二氧化硅薄膜进行表面处理的具体实验方法、步骤及性能表征。
　　 论文第三章详细介绍了1/4波长碱催化二氧化硅增透膜的光学和机械性能;经水氨蒸汽处理后膜层的光学和机械性能;先水氨后HMDZ蒸汽处理后膜层的光学和机械性能;先HMDZ后水氨蒸汽处理后膜层的光学和机械性能;改性前后膜层结构的变化及膜层的耐环境稳定性。
　　 论文第四章是全文的总结和对未来工作的展望。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 光学薄膜概述

1．2 光学薄膜的分类

1．2．1 减反膜(增透膜)

1．2．2 高反膜

1．2．3 分束膜

1．2．4 滤光膜

1．3 光学薄膜的制备方法

1．3．1 物理气相沉积法

1．3．2 化学气相沉积法

1．3．3 溶胶-凝胶(Sol-Gel)法

1．4 光学玻璃基片

1．4．1 光学玻璃简介

1．4．2 镀膜基片的清洗

1．5 溶胶-凝胶法增透膜国内外研究现状

1．6 本课题的研究内容、目标及意义

2 实验部分

2．1 实验试剂

2．2 实验仪器／器材

2．3 实验内容

2．3．1 碱催化SiO2溶胶的制备

2．3．2 1／4波长SiO2薄膜的制备

2．3．3 SiO2薄膜的表面处理

2．4 性能表征

2．4．1 增透膜的折射率测试

2．4．2 增透膜的透过率测试

2．4．3 增透膜的SEM测试

2．4．4 膜层接触角的测试

2．4．5 增透膜的耐摩擦性测试

2．4．6 增透膜的稳定性测试

3 结果与讨论

3．1 1／4波长碱催化二氧化硅增透膜的光学和机械性能

3．1．1 1／4波长碱催化二氧化硅增透膜的折射率和透过率

3．1．2 1／4波长碱催化二氧化硅增透膜耐摩擦性

3．1．3 1／4波长碱催化二氧化硅增透膜的亲疏水性

3．2 经水氨蒸汽处理后膜层的光学和机械性能

3．2．1 水氮蒸汽处理后膜层的透过率曲线

3．2．2 经水氨蒸汽处理后膜层的耐摩擦性

3．2．3 经水氨蒸汽处理后膜层的亲疏水性

3．3 经HMDZ蒸汽处理后膜层的光学和机械性能

3．3．1 经HMDZ蒸汽处理后膜层的透过率曲线

3．3．2 经HMDZ蒸汽处理后膜层的耐摩擦性

3．3．3 经HMDZ蒸汽处理后膜层的亲疏水性

3．4 先水氨后HMDZ蒸汽处理后膜层的光学和机械性能

3．4．1 先水氨后HMDZ蒸汽处理后膜层的透过率曲线

3．4．2 先水氨后HMDZ蒸汽处理后膜层的耐摩擦性

3．4．3 先水氨后HMDZ蒸汽处理后膜层与水的接触角

3．5 先HMDZ后水氨蒸汽处理后膜层的光学和机械性能

3．5．1 先HMDZ后水氨蒸汽处理后膜层的透过率曲线

3．5．2 先HMDZ后水氨蒸汽处理后膜层的耐摩擦性

3．5．3 先HMDZ后水氨蒸汽处理后膜层与水的接触角

3．6 改性前后膜层结构的变化

3．7 改性前后膜层的耐环境稳定性

4 结论与展望

4．1 研究结论

4．2 研究展望

参考文献

致谢

个人简历及在学期间发表的学术论文与研究成果