一种多波段红外高透疏水柔性复合聚酰亚胺薄膜材料及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种多波段红外高透疏水柔性复合聚酰亚胺薄膜材料及制备方法，该复合薄膜由多层薄膜材料复合而成，底面为聚酰亚胺薄膜，聚酰亚胺薄膜上表面为Ta2O5/TiO2多层复合增透膜。本发明专利技术得到了在可见及红外光区域高透的光学用疏水柔性复合聚酰亚胺复合薄膜材料。该复合薄膜在红外光学成像、高能激光、航空航天等领域有很大的应用前景。天等领域有很大的应用前景。天等领域有很大的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种多波段红外高透疏水柔性复合聚酰亚胺薄膜材料及制备方法


[0001]本专利技术属于材料领域，具体涉及一种多波段红外高透疏水柔性复合聚酰亚胺薄膜材料，还涉及该材料的制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着红外技术的发展，红外技术在工业、农业、交通等部门得到十分广泛的应用。红外技术的基础是红外光学材料，材料的机械强度、光学均匀性、化学稳定性等物理性质对于其实际使用具有重要的意义。聚酰亚胺薄膜材料由于其优异的耐热性、抗化学腐蚀性、机械性能以及改性空间大等优点被广泛应用于柔性电子、轻量化光学系统、热控包覆系统等领域。但传统聚酰亚胺材料存在电荷转移络合作用，这种相互作用对聚酰亚胺薄膜材料的光学性能影响较大，使其在可见光区域透过率较低，同时由于反射以及化学键能吸收等作用，使其在红外区域透过率也较低。
[0003]镀膜是一种有效提高光学镜基材料性能的方法，通过镀膜可以提高基底材料的透过率、降低反射率、提高环境适应性(例如降低吸湿性、抗雨水侵蚀性等)、提高机械性能等。增透膜的制备方法通常有化学气象沉积、物理气象沉积、溅射、溶胶凝胶提拉法等。传统镀膜研究主要聚焦于硬质基底上，比如熔石英、金刚石、玻璃、硒化锌、锗等，很少有针对柔性聚合物基底的镀膜研究，除此以外目前的很多镀膜工艺条件并不适用于聚合物材料。
[0004]物理气象沉积法(PVD)可选择的基底材料和镀膜材料相对更宽，例如在柔性显示领域、PVD技术常被用于在柔性基底上沉积光发射电偶材料。PVD法也可被用于沉积金属和合金薄膜，沉积复合材料、陶瓷以及半导体材料等。

技术实现思路

[0005]针对现有聚酰亚胺薄膜存在的可见光区域和红外区域透过率较低、吸水性较强的问题，本专利技术提供一种多波段红外高透疏水柔性复合聚酰亚胺薄膜材料及制备方法。即本专利技术的目的之一在于提供一种多波段红外高透疏水柔性复合聚酰亚胺薄膜材料；本专利技术的目的之二在于提供一种多波段红外高透疏水柔性复合聚酰亚胺薄膜材料的制备方法。
[0006]该复合薄膜由多层薄膜材料复合而成，底面为聚酰亚胺薄膜，聚酰亚胺薄膜上表面为Ta2O5/TiO2多层复合薄膜。本专利技术得到了在多波段红外光区域高透的光学用疏水柔性复合聚酰亚胺复合薄膜材料，其在可见光区域(0.5～0.8μm)透过率为87％，短波红外区域(1.8～2.7μm)透过率为86％，中波红外区域(3.3～5.4μm)透过率为78％，相比于未镀膜聚酰亚胺薄膜材料(T
0.5～0.8μm
＝83％，T
1.8～2.7μm
＝76％，T
3.3～5.4μm
＝73％)分别提高了4％，10％和5％。除此以外复合薄膜的疏水性得到了一定提高，其吸水率为2.8％～2.9％，相比于未镀膜时(3.3％)提高了0.5％～0.4％。与此同时镀膜后得到的复合薄膜材料保持了聚酰亚胺薄膜原有的较高的耐热性能，纯聚酰亚胺薄膜残碳率为58.8％，镀膜后残碳率保持为55.7％～56％。
[0007]为实现上述专利技术目的，本专利技术提供如下方案：
[0008]一种多波段红外高透疏水柔性复合聚酰亚胺薄膜材料，所述聚酰亚胺薄膜材料首先由芳香族二胺和芳香二酐单体在摩尔比为1：(0.99～1.01)条件下在极性非质子溶剂中发生缩聚反应，将形成的聚酰胺酸胶液经旋凃成膜、热亚胺化得到聚酰亚胺薄膜，通过物理气相沉积(PVD)方法在聚酰亚胺薄膜表面进行增透疏水复合薄膜的沉积。
[0009]进一步地，所述聚酰亚胺薄膜材料包括聚酰亚胺薄膜和增透疏水复合薄膜，增透疏水复合薄膜位于聚酰亚胺薄膜上；
[0010]进一步地，将聚酰亚胺薄膜固定在镜框上，然后通过物理气相沉积(PVD)法将多层复合增透薄膜沉积到聚酰亚胺薄膜透镜表面。
[0011]进一步地，复合薄膜中聚酰亚胺薄膜厚度为20～25μm，增透疏水复合薄膜厚度为880～900nm。例如，复合薄膜中聚酰亚胺薄膜厚度为20μm、20.5μm、21μm、21.5μm、22μm、22.5μm、23μm、23.5μm、24μm、24.5μm或25μm。例如增透疏水复合薄膜厚度为880～900nm。优选地，复合薄膜中聚酰亚胺薄膜厚度为25μm，增透疏水复合薄膜厚度均为891.61nm。
[0012]本专利技术中，聚酰胺酸胶液反应需要在0～25℃反应温度下进行，时间为24～48小时。
[0013]本专利技术中，所述芳香族二酐为3,3',4,4'
‑
联苯四甲酸二酐(BPDA)或均苯四甲酸二酐(PMDA)中的一种或几种混合；
[0014]本专利技术中，所述芳香二胺为4,4
’‑
二氨基苯酰替苯胺(DABA)或4,4'
‑
二氨基二苯醚(ODA)中的一种或几种混合；
[0015]本专利技术中，所述增透疏水复合薄膜为五氧化二钽(Ta2O5)和二氧化钛(TiO2)复合多层薄膜，膜系设计如下表1所示。共10层膜，增透膜为五氧化二钽和二氧化钛交替复合薄膜，总厚度为880～900nm。采用离子束辅助反应溅射镀膜装置(成都兴南仪真空设备有限公司，中国)。镀膜前先将聚酰亚胺薄膜镜基(Φ50mm)用无水乙醇(浓度99.8％)进行清洗，然后在溅射功率为150W，压力为1.0Pa下进行离子束辅助反应溅射镀膜试验，过程中薄膜镜基底温度控制在40～50℃，靶材为五氧化二钽(Ta2O5，n＝2.04660)和二氧化钛(TiO2，n＝1.45000)。
[0016]表1.增透膜膜系设计
[0017]层数材料折射率基底聚酰亚胺薄膜(PI)1.800671Ta2O52.046602SiO21.450003Ta2O52.046604SiO21.450005Ta2O52.046606SiO21.450007Ta2O52.046608SiO21.450009Ta2O52.0466010SiO21.45000
[0018]本专利技术的另一目的是提供如上任一所述多波段红外高透疏水柔性复合聚酰亚胺薄膜材料的制备方法，包括如下步骤：
[0019]①
在氮气保护下，将二胺单体分散在极性非质子溶剂中搅拌溶解，分批次加入二酐单体，二胺单体与二酐单体摩尔比为1：(0.99
‑
1.01)，将混合溶液搅拌48
‑
72小时，得到聚酰胺酸胶液，聚酰胺酸胶液的固含量为8wt％～10wt％；优选所述胶液真空除泡，将聚酰胺酸胶液旋凃在基板上成膜、经过70～80℃预烘，然后经过程序升温热亚胺化，热亚胺化完成后去除基板，得到聚酰亚胺薄膜；
[0020]②
五氧化二钽和二氧化钛(TiO2，n＝1.4500,λ＝632.8nm)被用作增透膜的原材料，制备好的聚酰亚胺薄膜固定在框架上作为基底；镀膜前将基底用有机溶剂清洗表面，采用离子束辅助反应溅射的方法，在能量为100～150W，压力为1.0～2.0Pa下的真空磁控溅射器中进行增透膜沉积，聚酰亚胺薄膜镜基底温度控制在40～50℃。
[0021]具体地，所述多波段红外高透疏水柔性聚酰亚胺复合薄本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多波段红外高透疏水柔性复合聚酰亚胺薄膜材料，其特征在于：所述薄膜材料首先由芳香族二胺和芳香二酐单体在摩尔比为1：(0.99～1.01)条件下在极性非质子溶剂中发生缩聚反应，将形成的聚酰胺酸胶液经旋凃成膜、热亚胺化得到聚酰亚胺薄膜，通过物理气相沉积(PVD)方法在聚酰亚胺薄膜表面进行增透疏水复合薄膜的沉积。2.根据权利要求1所述多波段红外高透疏水柔性复合聚酰亚胺薄膜材料，其特征在于：所述的芳香二酐为3,3',4,4'
‑
联苯四甲酸二酐(BPDA)或均苯四甲酸二酐(PMDA)中的一种或几种混合；所述芳香二胺为4,4
’‑
二氨基苯酰替苯胺(DABA)或4,4'
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二氨基二苯醚(ODA)中的一种或几种混合，所述极性非质子溶剂为N,N
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二甲基乙酰胺(DMAc)或者N
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甲基吡咯烷酮(NMP)。3.根据权利要求1所述多波段红外高透疏水柔性复合聚酰亚胺薄膜材料，其特征在于：所述物理气相沉积(PVD)方法为离子束辅助反应溅射法；所述增透多层复合薄膜为五氧化二钽(Ta2O5)和二氧化钛(TiO2)薄膜材料。4.根据权利要求1所述多波段红外高透疏水柔性复合聚酰亚胺薄膜材料，其特征在于：聚酰亚胺薄膜材料厚度为20～25μm，所述增透疏水复合薄膜为增透Ta2O5和TiO2多层复合薄膜；增透Ta2O5和TiO2多层复合薄膜材料厚度为880～900nm；优选地，所述的增透Ta2O5和TiO2多层复合薄膜为五氧化二钽膜层和二氧化钛膜层交替叠层设置的增透疏水复合薄膜。5.权利要求1
‑
4任一...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷家家，边疆，杜俊峰，范斌，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：