一种自固化玻璃表面减反膜的制备方法技术

本发明专利技术属于光学材料制备领域，特别涉及一种自固化玻璃表面减反膜的制备方法。本发明专利技术以水溶胶作为硅源，以磷酸硅作为固化剂，乙醇作为溶剂，按比例混合搅拌一定时间，经过陈化后利用提拉镀膜法于玻璃基片上制备减反膜，该减反膜的最高透光率可达98.7％，硬度最大达到5H。此方法制备的溶胶具有自固化的特点，不需要高温煅烧，制备过程简单，时间短，成本低廉，不污染环境，具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种自固化玻璃表面减反膜的制备方法
本专利技术属于光学材料制备领域，特别涉及一种自固化玻璃表面减反膜的制备方法。
技术介绍
减反膜，又名增透膜，常应用于光学器件上，以满足器件的光学要求。由于减反膜的应用领域较广，所以其种类繁多，如成份较为简单的单层YF3减反膜，单层和多层的SiO2减反膜；应用在平板显示器的多层SiN减反膜等。1984年，Burggraaf首次采用溶胶-凝胶法制备出SiO2薄膜，此后SiO2薄膜乃至其它无机薄膜的溶胶-凝胶法制备技术引起了人们广泛的关注。1999年瑞典的PerNostell等将合成出的50nmSiO2溶胶制备成增透膜，在应用于玻璃衬底后，透光率提高了5.4％，从而推动了减反膜在光学器件上的长足发展。传统的SiO2减反膜虽然能大幅度的提高玻璃基底的透光率，但其机械性能较差，使得在室外自然条件下难以得到有效的应用，因此如何制备出具有高透光率的同时兼具较强硬度的减反膜，俨然成为当下研究的课题。溶胶-凝胶法是一种低温液相合成方法，与其他无机材料制备方法相比，其制备温度低，过程易于控制，成本低廉且可规模化生产的优点尤为突出，因此越来越受到研究人员的重视。溶胶-凝胶技术制备薄膜的主要方法有浸渍-提拉法，旋涂法，弯月面等方法，其中浸渍-提拉法因工艺条件简单，受环境影响较小，成本低廉等优点，逐渐被研究人员所采用。单纯的利用碱催化水解TEOS得到的SiO2溶胶进行镀膜，膜层的最高透光率可达99％，由于所得的SiO2呈球状，由于SiO2球状粒子与基材之间缺乏足够的化学键作用力，导致薄膜的机械强度较低，其实际应用的范围受到很大限制。ThomasIM等(Appl.Opt.，25(1986)1481)利用碱催化法制备SiO2溶胶，通过浸渍提拉法或旋涂法制得的多孔性SiO2减反膜，其折射率可低至1.22，能够成功应用于高功率激光系统中的光学元件，但膜层结构中的氧化硅粒子缺乏足够的化学键作用，导致薄膜机械性能较低。专利200910048696.4中采用先碱催化再酸催化的方法制备涂膜液，并于基板上通过浸涂，喷涂或旋涂法制备出多孔二氧化硅膜层，在经过200℃预固化5分钟后，再于650～730℃的马弗炉中固化数分钟。该方法制得的膜层最大透光率可达97.8％，硬度最高可至7H，但制备工艺过于复杂，并且需要经过高温热处理，所以其应用范围受到一定程度的限制。又如专利200910098519.7中公开了一种减反膜制备的方法，该制备流程包括如下步骤：①制备无机-有机杂化硅溶液；②涂膜；③疏水处理；④固化处理。虽然该方法值得的减反膜能够表现出一定的耐摩擦性能，但其平均透光率仅为93％左右，且在固化处理过程中，需要在200～550℃的高温条件下处理数分钟乃至一个小时以上。专利201110100511.7中利用正硅酸四乙酯为硅源，酸催化法制备二氧化硅溶胶，随后加入一定量的季铵盐作为模板剂，所制得的溶胶通过浸渍提拉法于玻璃表面上镀制一层薄膜，烘干后，经80℃热水超声清洗以除去模板剂。该膜层的透光率最高可达到99％，平均透光率也稳定在96％以上，且制备过程中不需要高温煅烧，膜层与玻璃的结合也比较牢固。目前，在增强减反膜机械强度所采用的方法中，高温煅烧或者加入模板剂较为常见。从工业化的角度，高温煅烧不仅带来生产成本居高不下的问题，而且会导致薄膜出现裂纹，甚至产生结构缺陷等重大问题。因此在严格控制生产成本的同时，必须制备出具有较高硬度，高透光率且薄膜结构性质稳定的减反膜。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于：现有技术中，在增强减反膜机械强度所采用的方法中，高温煅烧会增加生产成本，且容易导致薄膜出现裂纹等其他结构缺陷；加入模板剂也存在成本居高的问题。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种自固化玻璃表面减反膜的制备方法，具体步骤为：以乙醇为溶剂，磷酸硅作为固化剂，以商品化水溶胶为硅源，混合搅拌10分钟～半小时，经室温陈化后得到制备溶胶，并利用上述制备溶胶在玻璃基片表面提拉镀制一层减反膜，而后于室温下固化24小时，得到玻璃表面减反膜，其中，硅源、磷酸硅、乙醇之间的摩尔比为1：0.00042～0.0021：6.8，提拉速度为50～120mm/min，提拉过程中环境湿度低于70％；所采用的玻璃基片为平均透光率91％的建筑玻璃或光学玻璃。本专利技术与现有技术相比具有下列优点：1、该减反膜的制备过程简单，周期短，生产成本低廉；2、该溶胶具有自固化的特点，在减反膜制备的过程中，不需要高温煅烧即可达到较高的硬度；3、在保证较高硬度的前提下，能够具有高的透光率，得到的玻璃表面减反膜的可见光范围最高透光率达到98.7％，平均透光率达到96.4％，且铅笔硬度最高为5H。附图说明图1是本专利技术实施例八中制备的自固化玻璃表面减反膜的透光率图谱，其纵坐标为透过率，横坐标为入射波长(单位nm)。具体实施方式下表列出了本专利技术一系列的实施例以及测试结果：(表中所涉及的比值均为摩尔比)以实施例八说明本专利技术的方法：在干燥的100ml烧杯中，将20ml乙醇，0.0322g磷酸硅混合搅拌半小时后，向混合液中再加入10g西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司生产的商品化水溶胶为硅源(水溶胶中，二氧化硅粒径约20nm，二氧化硅重量百分比为50％)，室温(25℃)下磁力搅拌30分钟，在室温(25℃)下陈化30分钟后得到制备溶胶。把20mm×100mm的玻璃基片(透光率为91％)，按顺序轮流放入到盐酸(溶质质量分数37％)：双氧水(溶质质量分数30％)：去离子水＝1:1:5(体积比)溶液，以及氨水(溶质质量分数37％)：双氧水(溶质质量分数30％)：去离子水＝1:1:5(体积比)溶液中分别经超声波40W超声70分钟，再用无水乙醇和去离子水超声洗涤，晾干。将处理后的玻璃基片浸入到上述制备溶胶中8分钟，再于提拉机上以提拉速度为80mm/min进行提拉镀膜，而后于室温(25℃)下静置固化24小时，得到的可见光范围最高透光率为98.5％，平均透光率达到96.4％以上且硬度为5H的玻璃表面减反膜。将实施例8中制备的减反膜于550℃下煅烧1个小时后，发现膜在煅烧前和煅烧后的硬度变化不大。其他实施例与实施例8的制备步骤基本类似。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自固化玻璃表面减反膜的制备方法，其特征在于：所述的制备方法为，以乙醇为溶剂，磷酸硅作为固化剂，以水溶胶为硅源，混合搅拌10分钟～半小时，经室温陈化后得到制备溶胶，并利用上述制备溶胶在玻璃基片表面提拉镀制一层减反膜，而后于室温下固化24小时，得到玻璃表面减反膜。

【技术特征摘要】
1.一种自固化玻璃表面减反膜的制备方法，其特征在于：所述的制备方法为，以乙醇为溶剂，磷酸硅作为固化剂，以水溶胶为硅源，混合搅拌10分钟～半小时，经室温陈化后得到制备溶胶，并利用上述制备溶胶在玻璃基片表面提拉镀制一层减反膜，而后于室温下固化24...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈若愚，吴坚，王红宁，钟璟，刘小华，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32