红外减反涂层，晶体减反膜你了解多少呢
关键词：红外减反射涂层、溶胶凝胶法、TeO2基底、高透射率 摘要：红外减反射（AR）涂层作为红外元件的重要组成部分，在红外系统中发挥着重要作用。在此，通过溶胶-凝胶法在TeO2基底上成功制备了高透射率的红外增透膜。根据理论计算，设计了优化组成比的SiO2-TiO2-PVA溶胶和SiO2-TiO2-PEG600溶胶两种溶胶制备增透膜。分别用扫描电子显微镜和分光光度计研究了微观结构和光学性能。在SiO2-TiO2-PVA薄膜涂层样品中，在1550nm和2008nm处分别实现了约99.8%和99.6%的高透射率。在SiO2-TiO2-PEG600薄膜涂层样品中，分别在2330nm和2460nm处实现了约100%的透射率。两种AR薄膜都具有非常低的粗糙度，有利于减少表面散射。结果表明，SiO2-TiO2-PEG600薄膜在退火过程中比SiO2-TiO2-PVA薄膜表现出更高的结构稳定性。系统地研究了薄膜的耐附性、耐水、耐高低温、耐激光等耐久性。 介绍 高折射率衬底材料，如Si、Ge、ZnSe和TeO2等，通常用于红外区域。这些材料表面红外辐射的反射损失非常严重，因此如果没有抗反射（AR）涂层，它们就无法广泛使用。一般红外增透膜多采用物理方法制备，如热蒸发、电子束蒸发、磁控溅射等，实现了3.4-4.8μm、3-5μm、8-12μm等多个红外波段的增透膜。然而，物理方法价格昂贵，更重要的是，薄膜中的应力大，在高能辐照下容易从基板上剥离。因此，探索一种低成本、制备结构稳定的红外增透膜的方法是一项至关重要的任务。 溶胶-凝胶法是制备薄膜的常用方法。具有制备工艺简单，薄膜成分和结构易于调整的优点。重要的是薄膜主要具有多孔结构，有利于在高能辐照下保持结构的稳定性。目前，溶胶-凝胶法已广泛用于制备光学增透膜，应用于激光系统的光学元件和光伏玻璃。用于大功率激光系统终端光学元件的双波长或三波长增透膜已被广泛研究，人们通常关注的增透波长为351nm、527nm、1053nm或532nm，1064nm。用于光伏玻璃的增透膜是另一个研究重点。为太阳能玻璃制备了多种具有自洁功能的增透膜，增透的重点波长为可见光区域。到目前为止，几乎没有关于溶胶凝胶法制备红外波段增透膜的报道。 TeO2作为一种声光材料，已广泛应用于声光调制器、声光偏转器、声光可调滤光片、声光偏振棱镜、光束移位器和光束偏振器。而考虑到未镀膜材料两个表面的菲涅耳反射损失，TeO2在近红外和中红外的透过率只有70-75%左右，因此在TeO2基材表面镀红外增透膜非常重要为其应用。在这项工作中，我们计算了不同折射率和厚度的AR薄膜在TeO2衬底上的透射率，并根据*佳折射率设计了薄膜成分。基于薄膜设计，采用溶胶-凝胶法制备红外增透膜。设计了两种添加PVA和PEG600的SiO2-TiO2复合溶胶并包覆在TeO2基底上，分别研究了薄膜结构。通过调整膜厚，透射光谱的峰值波长从1550nm调整到2460nm，*大透射率几乎达到100%。 实验部分 1 溶胶的制备 图1给出了溶胶制备的示意图。 图1.溶胶制备示意图。 首先，通过水解和聚合反应分别制备SiO2溶胶和TiO2溶胶。然后将TiO2溶胶加入到SiO2溶胶中，通过控制反应时间和添加剂的用量，得到用于涂层的复合溶胶。具体制备过程如下： 1）SiO2溶胶的制备 将15mlTEOS和20mlEtOH混合，搅拌30min，记为溶液A；将4.85mlH2O和0.106ml浓HNO3(68wt%)混合，记为溶液B。将溶液B逐滴加入到溶液A中，然后在60℃水浴中搅拌2.5h，得到SiO2溶胶。 2）TiO2溶胶的制备、 将2.5mlTBOT、10mlEtOH和2mlHAC混合搅拌30min，记为溶液C；将5mlEtOH、0.5mlH2O和50μLHNO3(68wt%)混合，记为溶液D。将溶液C逐滴加入溶液D中，在60°C水浴中搅拌2h，得到TiO2溶胶。 3）SiO2-TiO2-PVA溶胶的制备 将TiO2溶胶滴加到陈化两天的SiO2溶胶中，60℃水浴搅拌1h，再加入4g甘油，继续搅拌1h，*后缓慢加入10ml5wt%PVA水溶液，在室温下继续搅拌2h，得到*终溶胶。 4）SiO2-TiO2-PEG600溶胶的制备 将两份TiO2溶胶滴加到已经老化两天的SiO2溶胶中，并在60℃水浴中搅拌1h。*后加入5wt%PEG600，搅拌1h，得到*终的溶胶。 2 基板处理 将玻璃基板依次在无水乙醇和去离子水中超声清洗10min，然后在烘箱中干燥备用。抛光的TeO2基板在无水酒精中清洗，然后用去离子水冲洗，*后在烘箱中干燥。 3 薄膜的制备 采用浸涂法制备薄膜，具体制备工艺如下： 将清洁后的基材浸入溶胶中60s，然后以1670-3000μm/s的提升速度拉出。在下一次提升之前，将膜在60°C下干燥10分钟。根据需要的膜厚进行多次提升工艺。涂层完成后，将薄膜在500°C的空气中退火1小时以获得*终样品。 结果与讨论 根据理论计算，制备了SiO2-TiO2-PVA（Si：Ti=0.9：0.1）和SiO2-TiO2-PEG600（Si：Ti=0.82：0.18）两种溶胶。用SEM对这两种溶胶涂布在玻璃基板上得到的薄膜进行表征，如图3所示。图3a和3b是用SiO2-TiO2-PVA溶胶得到的薄膜的正视图和截面图，而图3c和3d对应于用SiO2-TiO2-PEG600溶胶获得的薄膜。为了容易区分薄膜和衬底，在薄膜和衬底之间添加了由碱性SiO2溶胶制备的SiO2颗粒组成的隔离层，如图3b所示。可以看出，两种薄膜均表现出平坦的表面和均匀的多孔结构。PVA和PEG600作为成孔剂会在退火过程中蒸发，从而形成孔结构。另外，通过SiO2-TiO2-PEG600溶胶得到的薄膜比通过SiO2-TiO2-PVA得到的薄膜具有更明显的孔结构和更高的孔隙率，这可能是由于溶胶中PEG600的比例更高。
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