SiO2增透膜的制备及其表面性能研究

摘要

光学仪器中，在光学元件表面镀上增透膜，可以降低光学元件表面对光线的反射，增加光的透过率，从而可以提高其在工作波长或波段内的工作性能。本论文是基于溶胶—凝胶法，制备出SiO2溶胶，再利用浸渍提拉镀膜法制备三种增透膜，并对其透过率、表面形貌、耐环境性进行了研究。　　本文采用层层自组装方式将LDH纳米片与SiO2纳米粒子复合制备增透膜。首先采用溶胶凝胶法制备了不同粒径的SiO2溶胶，考察氨水催化剂的量对纳米粒子平均粒径的影响，结果表明粒径和粒度分布随氨水量的增加而增大。对单层增透膜进行研究，考察了平均粒径与浸渍时间对增透膜透过率的影响。对LDH/SiO2复合增透膜的研究，考察了LDH浓度、SiO2平均粒径以及LDH/SiO2双层数对增透膜透过率的影响。用扫描电镜和原子力显微镜观察膜的表面形貌和起伏度。　　本文制备了类似中空结构的SiO2增透膜。考察了氧化锌核层制备方法、SiO2壳层制备方法对增透膜透过率的影响，并得出最佳反应条件。浸渍生长法制备氧化锌核层，当浸渍时间为15min，浸渍次数为3次时，使用平均粒径为50 nm的SiO2纳米粒子作为壳层制备的增透膜，增透膜的最高透过率可达95.5％。用乙酸锌高温分解制备氧化锌层得到的增透膜，当乙酸锌生长液浓度为10mM、生长时间为3小时、溶胶凝胶法制备的SiO2纳米粒子的平均粒径为80 nm，此时制备得到的增透膜的透过率最高可达98％。扫描电镜图显示膜表面呈空间网状结构，透射电镜图可以证明其中空结构。　　本文对SiO2溶胶进行了掺杂改性处理得到复合溶胶，再用浸渍提拉镀膜法制备疏水增透膜。考察了改性剂CPTES与TEOS摩尔比、PDDA和平均粒径为25 nm的SiO2纳米粒子组成的双层数对增透效果和疏水性的影响。结果表明，当选用CPTES与TEOS的摩尔比为1.0时，可以同时达到较好的增透效果和疏水性，当镀制4个PDDA/SiO2双层时，透过率可达99％，此时与水接触角可达89.5°。　　本文选取了四个系列的增透膜进行耐环境性研究，分别为由平均粒径为50 nm的纳米粒子制备得到的SiO2增透膜，LDH/SiO2复合增透膜系列中的[LDH(0.4 g/L)/SiO2(25nm)]6和[LDH(0.8 g/L)/SiO2(25 nm)]6，以及疏水改性过后的SiO2增透膜。对比了4种增透膜在30天内透过率的变化值，以及洗净后透过率的变化值，结果表明，复合增透膜与疏水改性的增透膜在30天内比单纯的SiO2增透膜透过率降低得少，更稳定，耐环境性更好。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 增透膜的概念

1．3 增透膜的制备方法

1．3．1 溶胶-凝胶法

1．3．2 物理气相沉积法

1．3．3 化学气相沉积法

1．3．4 静电自组装法

1．3．5 其他制备方法

1．4 增透膜的研究现状

1．5 本课题的研究意义和研究内容

第二章 LDH与SiO2复合增透膜的制备及其性能研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验原料

2．2．2 实验仪器

2．2．3 SiO2溶胶的制备

2．2．4 LDH纳米片的制备

2．2．5 复合增透膜的制备

2．2．6 表征方法

2．3 结果与讨论

2．3．1 SiO2粒径分析

2．3．2 LDH结构分析

2．3．3 增透膜光学性能(透过率)研究

2．3．4 增透膜表面形貌研究

2．4 本章小结

第三章 SiO2中空结构增透膜的制备及其性能研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验原料

3．2．2 实验仪器

3．2．3 氧化锌核层的制备

3．2．4 核壳结构增透膜的制备

3．2．5 表征方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 增透膜光学性能(透过率)研究

3．3．2 增透膜形貌研究

3．3．3 增透膜结构研究

3．4 本章小结

第四章 增透膜的表面疏水改性及其性能研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验原料

4．2．2 实验仪器

4．2．3 SiO2溶胶的疏水改性

4．2．4 疏水增透膜的制备

4．2．5 表征方法

4．3 结果与讨论

4．3．1 改性SiO2溶胶的结构分析

4．3．2 增透膜光学性能(透过率)研究

4．3．3 增透膜疏水性能研究

4．3．4 增透膜表面形貌研究

4．3．5 增透膜耐环境性研究

4．4 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文