一种折射率可调的紫外固化薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种折射率可调的紫外固化薄膜及其制备方法，制备方法包括：将原硅酸乙酯、去离子水和有机溶剂混合，在8‑12℃反应12‑24h制得低聚物，接着在45‑55℃陈化48‑72h，通过低聚物自组装团簇制得SiO2多孔球；(2)将甲基丙烯酸硅烷、去离子水和有机溶剂混合，在110‑130℃反应6‑8h得低聚物，再加入光引发剂，制得可紫外固化溶胶；(3)将SiO2多孔球和可紫外固化溶胶混合，制备待固化薄膜；(4)将待固化薄膜在紫外线下辐照，制得折射率可调的紫外固化薄膜。本发明专利技术制得的薄膜具有较宽的折射率调控范围和高的抗激光损伤能力，能实现强激光装置的高能激光输出。

UV curable thin film with adjustable refractive index and preparation method thereof

The invention provides an ultraviolet curing film with adjustable refractive index and a preparation method thereof. The preparation method includes: mixing ethyl orthosilicate, deionized water and organic solvents, reacting at 8 12 24 h to prepare oligomers, then aging at 45 55 48 h to prepare SiO2 porous spheres by self-assembled oligomers; (2) fabricating SiO 2 porous spheres by oligomers. Silane methacrylate, deionized water and organic solvents were mixed to obtain oligomers at 110 130 for 6 8 h and photoinitiator was added to prepare UV-curable sol; (3) SiO2 porous spheres and UV-curable sol were mixed to prepare the film to be cured; (4) the film to be cured was irradiated under ultraviolet light, and the refractive index was adjusted. UV curing film. The film prepared by the invention has wide refractive index control range and high laser damage resistance, and can realize high-energy laser output of a strong laser device.

【技术实现步骤摘要】
一种折射率可调的紫外固化薄膜及其制备方法
本专利技术属于光学材料
，具体涉及一种折射率可调的紫外固化薄膜及其制备方法。
技术介绍
折射率可调薄膜能够针对不同波长的电磁波实现超高透射率(高于99.5％)，在强激光装置、太阳能电池等领域中有着巨大的应用需求。采用紫外固化的方式能够快速实现该薄膜的制备，大幅提升制备效率。SiO2增透膜系是一种应用广泛的光学材料，具有良好的光学特性、力学性能和化学稳定性。通过PVD方法制备的SiO2增透膜系虽然能够实现折射率调控，但是不能满足强激光装置中的高能传输需求；而采用模板法制备折射率可调的溶胶凝胶薄膜存在结构坍塌(去除模板剂时)的风险。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供一种折射率可调的紫外固化薄膜及其制备方法，本专利技术基于同质镶嵌的非模板法，通过溶胶凝胶技术制备折射率可调的紫外固化薄膜，该薄膜具有较宽的折射率调控范围，且能实现强激光装置的高能激光输出。为实现上述目的，本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种折射率可调的紫外固化薄膜，其制备方法包括以下步骤：(1)将原硅酸乙酯、去离子水和有机溶剂按摩尔比为0.8-1.2:2.5-3.5:8-12混合均匀，然后在8-12℃反应12-24h得到低聚物，接着在45-55℃陈化48-72h，通过低聚物自组装团簇制得SiO2多孔球；(2)将甲基丙烯酸硅烷、去离子水和有机溶剂按摩尔比为0.8-1.2:4-6:8-12混合均匀，然后在110-130℃反应6-8h得到低聚物，再加入占体系总质量3-5％的光引发剂，搅拌均匀，得可紫外固化溶胶；(3)将SiO2多孔球和可紫外固化溶胶按质量比为10-30:1混合，并采用旋转涂膜法将其涂覆于基体上，在800-1200r/min转速下匀胶2-3min，获得待固化薄膜；(4)将步骤(3)所得待固化薄膜在1.5-2.5W/cm2的紫外线辐照强度下辐照110-130s，制得折射率可调的紫外固化薄膜。进一步地，步骤(1)和步骤(2)中的有机溶剂均为乙醇、癸烷和丙酮中的至少一种。进一步地，步骤(1)中原硅酸乙酯、去离子水和有机溶剂的摩尔比为1:3:10。进一步地，步骤(1)中先在10℃反应18h，再于50℃陈化60h。进一步地，步骤(2)中甲基丙烯酸硅烷、去离子水和有机溶剂的摩尔比为1:5:10。进一步地，步骤(2)中在120℃反应7h。进一步地，步骤(2)中所加光引发剂为TPO，加入量为体系总质量的4％。进一步地，步骤(3)中SiO2多孔球和可紫外固化溶胶的质量比为30:1。进一步地，步骤(4)中紫外线辐照强度为2W/cm2，辐照时间为120s。本专利技术提供的折射率可调的紫外固化薄膜及其制备方法，具有以下有益效果：(1)本专利技术提供的薄膜具有较宽的折射率调控范围，致密的紫外固化溶胶凝胶薄膜的折射率为1.5，经过SiO2多孔球填充后可有效引入孔隙率，通过填充空气实现薄膜折射率连续下降至1.36。(2)本专利技术提供的薄膜具有高的抗激光损伤能力，由于具有多孔结构，该薄膜在受到强激光轰击时能够产生一定程度的能量驰豫和释放，相比采用PVD方法制备的薄膜而言，本专利技术薄膜更能体现出优异的抗激光损伤能力。(3)本专利技术提供的薄膜可以同时实现1053nm和527nm高于99.5％的透射率，因此将该薄膜的折射率调至需要值后，辅以一层增透膜即可实现1053nm和527nm的超高透射率，可实现强激光装置的高能激光输出。附图说明图1为实施例1-3制得的折射率可调的紫外固化薄膜的折射率与SiO2多孔球的比例关系图。图2为实施例1-3中制得的折射率可调的紫外固化薄膜的激光损伤阈值结果图。具体实施方式实施例1一种折射率可调的紫外固化薄膜，其制备方法包括以下步骤：(1)将原硅酸乙酯、去离子水和乙醇按摩尔比1:3:10混合均匀，然后遵循硅烷水解缩聚反应原理在10℃条件下反应18h得到低聚物，继续在50℃条件下陈化60h，通过低聚物自组装团簇制得SiO2多孔球；(2)将甲基丙烯酸硅烷、去离子水和乙醇按摩尔比为1:5:10混合均匀，然后遵循硅烷水解缩聚反应原理在120℃条件下反应7h得到低聚物，加入占反应体系总质量4％的光引发剂TPO并搅拌均匀，即可获得可紫外固化溶胶；(3)将可紫外固化溶胶和SiO2多孔球按照质量比1：10混合均匀后采用旋转涂膜法将其涂覆于熔石英基底上，采用转速为1000rpm，匀胶时间2.5min的参数制得待固化薄膜；(4)将待固化薄膜在2W/cm2的紫外线辐照强度下辐照120s，制得折射率可调的紫外固化薄膜。对上述薄膜进行测试得到：膜层折射率为1.47，硬度为0.36GPa。实施例2一种折射率可调的紫外固化薄膜，其制备方法包括以下步骤：(1)将原硅酸乙酯、去离子水和丙酮按摩尔比0.8:2.5:8混合均匀，然后遵循硅烷水解缩聚反应原理在8℃条件下反应24h得到低聚物，继续在45℃条件下陈化72h，通过低聚物自组装团簇制得SiO2多孔球；(2)将甲基丙烯酸硅烷、去离子水和丙酮按摩尔比为0.8:4:8混合均匀，然后遵循硅烷水解缩聚反应原理在110℃条件下反应8h得到低聚物，加入占反应体系总质量5％的光引发剂TPO并搅拌均匀，即可获得可紫外固化溶胶；(3)将可紫外固化溶胶和SiO2多孔球按照质量比1：20混合均匀后采用旋转涂膜法将其涂覆于熔石英基底上，采用转速为800rpm，匀胶时间3min的参数制得待固化薄膜；(4)将待固化薄膜在1.5W/cm2的紫外线辐照强度下辐照130s，制得折射率可调的紫外固化薄膜。对上述薄膜进行测试得到：膜层折射率为1.41，硬度为0.35GPa。实施例3一种折射率可调的紫外固化薄膜，其制备方法包括以下步骤：(1)将原硅酸乙酯、去离子水和癸烷按摩尔比1.2:3.5:12混合均匀，然后遵循硅烷水解缩聚反应原理在12℃条件下反应12h得到低聚物，继续在55℃条件下陈化48h，通过低聚物自组装团簇制得SiO2多孔球；(2)将甲基丙烯酸硅烷、去离子水和癸烷按摩尔比为1.2:6:12混合均匀，然后遵循硅烷水解缩聚反应原理在130℃条件下反应6h得到低聚物，加入占反应体系总质量3％的光引发剂TPO并搅拌均匀，即可获得可紫外固化溶胶；(3)将可紫外固化溶胶和SiO2多孔球按照质量比1：30混合均匀后采用旋转涂膜法将其涂覆于熔石英基底上，采用转速为1200rpm，匀胶时间2min的参数制得待固化薄膜；(4)将待固化薄膜在2.5W/cm2的紫外线辐照强度下辐照110s，制得折射率可调的紫外固化薄膜。对上述薄膜进行测试得到：膜层折射率为1.36，硬度为0.32GPa。上述实施例1-3制得的折射率可调的紫外固化薄膜的折射率与SiO2多孔球的比例关系见图1，其激光损伤阈值结果见图2。由图1可知，SiO2多孔球含量不同时，其薄膜折射率不同，薄膜折射率随着SiO2多孔球填充量增加而降低，当可紫外固化溶胶和SiO2多孔球按照质量比1：30混合时，薄膜折射率下降至1.36。由图2可知，实施例1-3制得的薄膜的激光损伤阈值分别为58.1J/cm2@1053nm(5nsequiv)(即1ω，5nsequiv)、56.0J/cm2@1053nm(5nsequiv)(即1ω，5nsequiv)、55.2J/cm2@本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种折射率可调的紫外固化薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将原硅酸乙酯、去离子水和有机溶剂按摩尔比为0.8‑1.2:2.5‑3.5:8‑12混合均匀，然后在8‑12℃反应12‑24h得到低聚物，接着在45‑55℃陈化48‑72h，通过低聚物自组装团簇制得SiO2多孔球；(2)将甲基丙烯酸硅烷、去离子水和有机溶剂按摩尔比为0.8‑1.2:4‑6:8‑12混合均匀，然后在110‑130℃反应6‑8h得到低聚物，再加入占体系总质量3‑5％的光引发剂，搅拌均匀，得可紫外固化溶胶；(3)将SiO2多孔球和可紫外固化溶胶按质量比为10‑30:1混合，并采用旋转涂膜法将其涂覆于基体上，在800‑1200r/min转速下匀胶2‑3min，获得待固化薄膜；(4)将步骤(3)所得待固化薄膜在1.5‑2.5W/cm2的紫外线辐照强度下辐照110‑130s，制得折射率可调的紫外固化薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种折射率可调的紫外固化薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将原硅酸乙酯、去离子水和有机溶剂按摩尔比为0.8-1.2:2.5-3.5:8-12混合均匀，然后在8-12℃反应12-24h得到低聚物，接着在45-55℃陈化48-72h，通过低聚物自组装团簇制得SiO2多孔球；(2)将甲基丙烯酸硅烷、去离子水和有机溶剂按摩尔比为0.8-1.2:4-6:8-12混合均匀，然后在110-130℃反应6-8h得到低聚物，再加入占体系总质量3-5％的光引发剂，搅拌均匀，得可紫外固化溶胶；(3)将SiO2多孔球和可紫外固化溶胶按质量比为10-30:1混合，并采用旋转涂膜法将其涂覆于基体上，在800-1200r/min转速下匀胶2-3min，获得待固化薄膜；(4)将步骤(3)所得待固化薄膜在1.5-2.5W/cm2的紫外线辐照强度下辐照110-130s，制得折射率可调的紫外固化薄膜。2.根据权利要求1所述的折射率可调的紫外固化薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)和步骤(2)中的有机溶剂均为乙醇、癸烷和丙酮中的至少一种。3.根据权利要求1所述的折...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓雪然，雷向阳，杨伟，张清华，惠浩浩，马红菊，张剑锋，王梓龙，张帅，苏文虎，张利平，王健，许乔，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院激光聚变研究中心，
类型：发明
国别省市：四川,51