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科研人員采用溶膠凝膠法制備了多種高效紅外減反膜
文章来源: 夏凯 发布时间: 2021-09-10

  近期,中科院闲来麻将固體所科研人員基于紅外基底,采用溶膠凝膠法實現了多種高效紅外減反膜的制備。相關研究成果分別發表在Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering AspectsInfrared Physics and Technology期刊上。

  紅外光學元件由于基底材料折射率比較高,在其表面往往存在著嚴重的反射,這會大大減少紅外光的透過率。爲了最大程度地增加紅外光的透過,需要在其表面鍍制減反膜。目前,紅外減反膜通常采用物理法,如磁控濺射、真空熱蒸發以及離子束蒸發等技術。但這些方法不僅鍍膜成本高,而且獲得的紅外減反膜在高溫輻照的環境下易脫落。而采用溶膠凝膠法鍍膜獲得的膜層爲多孔結構,可有效緩解高溫能量沖擊,是一種發展前景廣闊的制備耐高溫輻照膜層的有效方法。然而,由于紅外減反所需的膜層較厚,厚度的增加會導致薄膜在退火過程中開裂,因此,采用溶膠凝膠法制備出紅外波段減反膜極具挑戰。

       研究人員以紅外材料CdSe爲基底,通過合理設計溶膠成分以及加入添加劑,成功地制備了兩波段雙層紅外減反膜,該膜層底層爲多孔TiO2膜,頂層爲Si(Ti)O2顆粒膜,孔徑及顆粒尺寸均在20mm以內。鍍膜後可以實現在2μm和2.5μm兩個波段的同時減反,反射率分別爲2.1%和2.8%;在1.8μm-2.6μm寬波段平均反射率爲2.6%,比未鍍膜樣品降低了27%。該減反膜在高溫400攝氏度以及低溫零下16攝氏度冷熱沖擊10次,仍保持完好不開裂,表現出良好的耐高低溫性能。

  此外,研究人員以紅外材料TeO2为基底,结合理论计算,通过调控溶胶成分制备了折射率优化的Si-Ti-PEG 600以及Si-Ti-PVA两种减反膜,并探讨了添加剂对膜层结构及热稳定的影响。结果表明,两种膜层均表现出高透过率,最佳透过率接近100%,减反峰值波长在1550nm-2460nm之间可调;膜层表面的低粗糙度有效抑制了表面反射。同时,膜层表现出良好的耐水性和耐高低温性,可耐受的光功率密度分别为3.53×106 W/cm2 和 3.40×106 W/cm2(2.79μm,3Hz)。

  上述工作得到了“十四五”裝備預研重點實驗室基金項目和國家自然科學基金委基金項目的支持。

  文章鏈接:

  https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2021.127329 

  https://doi.org/10.1016/j.infrared.2021.103881 

    

 图1. CdSe基底上双层减反膜的SEM图像以及镀膜前后的反射光谱。

   

  图2. TeO2基底未经镀膜以及镀Si-Ti-PVA减反膜后的透过光谱。

   

  图3. TeO2基底未经镀膜以及镀Si-Ti-PEG600减反膜后的透过光谱。

   
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