CN100346177C - 防水型宽带高增透薄膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属光学薄膜材料技术领域，具体为一种新型防水性能良好且能实现多窗口宽带增透薄膜及其制备方法。该薄膜通过sol-gel法形成SiO2溶胶，加入聚苯乙烯(PS)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，旋涂镀膜后经三甲基氯硅烷、正己烷表面改性而成。与以往各类保护膜相比该保护膜不仅实现了宽带增透，掺入PS或PMMA都可以在351nm，527nm和1054nm有高的透光率，最高值均超过了98%，而且具有良好的防水性能，接触角均达到了100°-110°，是极佳的KDP晶体防水增透膜的候选替换材料，可在高能核聚变模拟实验的超激光***中获得应用。
Description
技术领域
本发明属光学薄膜材料技术领域，具体为一种新型的SiO2防水型宽带高增透膜及其制备方法。
技术背景
惯性约束聚变(ICF)以高功率脉冲激光为研究手段，采用sol-gel法制备的SiO2增透膜具有高损伤阈值和较低的折射率等优良特性，在高功率激光领域具有诱人的应用前景。但是SiO2增透膜的孔表面羟基是活性物理吸附中心，极易吸附环境中的水汽，不具有疏水的性能，吸附了水气的微孔二氧化硅膜可能继续发生缩合反应并导致孔结构的崩溃，从而影响气体的分离效果，限制了其在水蒸气环境中的应用，成为工业应用的瓶颈，由于受空气中潮气的影响，其使用寿命也较短，我国对sol-gel二氧化硅防水增透膜的研究工作已取得了不少的技术进步，但是还不能很好地在实现多窗口增透的同时实现防水性能，大大限制了其应用。
早在1992年，Floch和Belleville就通过在增透膜的外面再镀制一层含氟材料借此增加膜层的疏水性，该法原料价格昂贵，且制备过程比较复杂。我国目前也有用sol-gel法制备SiO2膜后，通过表面改性使其获得疏水性能，但此方法制备出的膜并不具有多窗口增透的性能；也有发明用聚甲基丙烯酸甲酯或聚苯乙烯与SiO2溶胶混合后镀膜，实现了多窗口增透的性能，但其不具有防水性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种防水性好，而且同时多窗口宽带增透的二氧化硅薄膜及其制备方法。
本发明提出的防水能够实现良好防水同时多窗口宽带增透的二氧化硅薄膜，是一种经过表面改性的M-SiO2薄膜，即先由sol-gel法制备SiO2溶胶，原料为正硅酸乙酯(TEOS)、无水乙醇(C2H5OH)和聚乙二醇(PEG)，各组分的质量百分含量分别为正硅酸乙酯：6-9％，无水乙醇：55-70％，其余为聚乙二醇，在碱性条件下催化；将所得的SiO2溶胶陈化；然后将溶入***的聚合物M与SiO2溶胶混合均匀，用旋涂法成膜；并由三甲基氯硅烷、正己烷进行表面改性而成，其中，M为聚苯乙烯(PS)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。
本发明中，聚合物M的分子量在4000-10000为更好。
由本发明提出的防水增透膜可实现良好的防水性能，接触角为100-110之间；同时实现了宽带高透光，在351nm，527nm和1054nm最高透光率均超过了98％。该光学薄膜可成为KDP晶体防水增透膜的替换材料，并可在高能核聚变模拟实验的超强激光***中获得应用。
本发明提出的M-SiO2防水增透膜的制备方法如下：首先用sol-gel法制备SiO2溶胶，原料为正硅酸乙酯(TEOS)、无水乙醇(C2H5OH)和聚乙二醇(PEG)，各组分的质量百分含量分别为正硅酸乙酯：6-9％，无水乙醇：55-70％，其余为聚乙二醇，在碱性条件下催化；将所得的SiO2溶胶陈化；然后将溶入***的聚合物M与SiO2溶胶混合均匀，用旋涂法成膜；之后用三甲基氯硅烷和正己烷进行表面改性；最后，膜层在150-300℃下热处理5-9小时。
本发明中，所说碱性催化使用氨水(NH4OH)或碳酸氢铵(NH4HCO3)，其用量为SiO2溶胶体系质量的1-5％，调节体系的PH值为8-8.5。
具体实施方式
下面进一步介绍本发明的具体实施方式，并通过举例予以说明。
本发明的制备操作步骤如下：
1、按上述的质量百分比量取正硅酸乙酯，无水乙醇，PEG400(或PEG200)、氨水(或碳酸氢铵)，，并将之混合；
2、在25-35℃将混合溶液搅拌3-6小时；
3、回流，回流温度为50-65℃，回流时间为6-9小时，得SiO2溶胶；
4、将SiO2溶胶陈化7-10天，然后将溶入***的PS或PMMA与SiO2溶胶混合均匀；
5、旋涂成膜，旋涂转速为1000-4000rpm/s；
6、表面改性，把镀好的薄膜在表面干燥之后浸入含三甲基氯硅烷8-15％左右的正己烷溶液中，浸泡12-16小时，再浸入乙醇中老化12-48小时。
7、将膜层热处理，在150-300℃处理5-9h，即可得到所需防水增透膜。
实施例1：
防水增透膜的组成以质量百分比表示为：正硅酸乙酯7.0％，氨水2.0％，无水乙醇62.5％，聚乙二醇(400)28.5％，加入分子量约为5000的PS，PS占二氧化硅溶胶质量的0.07％，将原料(除PS)混合后在30℃搅拌3小时，回流使溶液PH值保持在8.5左右，溶胶陈化7天后将溶入***的PS与溶胶混合，用旋涂法成膜，转速为1100rpm/s，旋涂1min，把镀好的薄膜在表面干燥之后浸入含三甲基氯硅烷10％的正己烷溶液中，浸泡14小时，再浸入乙醇中老化28小时，取出自然干燥，最后在150℃热处理5小时即可获得所要的PS-SiO2薄膜。该薄膜的接触角为105.4°，在351nm，527nm和1054nm的透光率均超过98％。
实施例2：
防水增透膜的组成以质量百分比表示为：正硅酸乙酯7.6％，氨水1.2％，无水乙醇68.0％，聚乙二醇(400)23.2％，加入分子量约为10000的PS，PS占二氧化硅溶胶质量的0.05％，将原料(除PS)混合后在35℃搅拌4小时，回流使溶液PH值保持在8.5左右，溶胶陈化10天后将溶入***的PS与溶胶混合，用旋涂法成膜，转速为2000rpm/s，旋涂1min，把镀好的薄膜在表面干燥之后浸入含三甲基氯硅烷12％的正己烷溶液中，浸泡15小时，再浸入乙醇中老化30小时，取出自然干燥，最后在200℃热处理8h即可获得所要的PS-SiO2薄膜。该薄膜的接触角为105.4°，在351nm，527nm和1054nm的透光率均超过98％。
实施例3：
防水增透膜的组成以质量百分比表示为：正硅酸乙酯8.0％；氨水1.5％；无水乙醇65.0％；聚乙二醇(400)25.5％；PMMA 0.25％，将原料(除PMMA)混合后在40℃搅拌3小时，回流使溶液PH值保持在8.0左右，溶胶陈化8天后将溶入***的PMMA与溶胶混合，用旋涂法成膜，转速4000rpm/s，旋涂1min，把镀好的薄膜在表面干燥之后浸入含三甲基氯硅烷8％的正己烷溶液中，浸泡16小时，再浸入乙醇中老化25小时，取出自然干燥，并在250℃热处理7h即可获得所要的PMMA-SiO2薄膜。该薄膜的接触角为106.3°，在351nm，527nm和1054nm的透光率均超过98％。
Claims (5)
1.一种防水型宽带高增透薄膜，先由sol-gel法制备SiO2溶胶，原料为正硅酸乙酯、无水乙醇和聚乙二醇，在碱性条件下催化，各组分的质量百分含量为正硅酸乙酯：6-9％，无水乙醇：55-70％，其余为聚乙二醇，将所得的SiO2溶胶陈化，然后将溶入***的聚合物M与SiO2溶胶混合均匀，用旋涂法成膜；其特征在于成膜后经三甲基氯硅烷、正己烷表面改性而成的M-SiO2薄膜，接触角为100-110，其中，M为聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯。
2.一种防水型宽带高增透薄膜，其特征在于所述聚合物M的分子量为4000-10000。
3.根据权利要求1所述的防水型宽带高增透薄膜的制备方法，其制备步骤如下：首先用sol-gel法制备SiO2溶胶，原料为正硅酸乙酯、无水乙醇和聚乙二醇，在碱性条件下催化，各组分的质量百分含量为正硅酸乙酯：6-9％，无水乙醇：55-70％，其余为聚乙二醇；将所得的SiO2溶胶陈化，然后将溶入***的聚合物M与SiO2溶胶混合均匀，用旋涂法成膜；其特征在于成膜后用三甲基氯硅烷、正己烷进行表面改性；最后，膜层在150-300℃下热处理5-9小时；这里，聚合物M为聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于所说碱性催化使用氨水或碳酸氢铵，用量为SiO2溶胶体系质量的1-5％，调节体系的PH值为8-8.5。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于所说表面改性的步骤如下：把镀好的薄膜在表面干燥之后浸入含三甲基氯硅烷8-15％的正己烷溶液中，浸泡12-16小时，再浸入乙醇中老化12-48小时。
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