近期,中科院合肥研究院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 Aspects和Infrared 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。為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為多孔結構,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為基底,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,該膜層底層為多孔TiO2膜,頂層為Si(Ti)O2顆粒膜,孔徑及顆粒尺寸均在20mm以內。鍍膜后可以實現在2μm和2.5μm兩個波段的同時減反,反射率分別為2.1%和2.8%;在1.8μm-2.6μm寬波段平均反射率為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為基底,結合理論計算,通過調控溶膠成分制備了折射率優化的Si-Ti-PEG 600以及Si-Ti-PVA兩種減反膜,并探討了添加劑對膜層結構及熱穩定的影響。結果表明,兩種膜層均表現出高透過率,最佳透過率接近100%,減反峰值波長在1550nm-2460nm之間可調;膜層表面的低粗糙度有效抑制了表面反射。同時,膜層表現出良好的耐水性和耐高低溫性,可耐受的光功率密度分別為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
圖1. CdSe基底上雙層減反膜的SEM圖像以及鍍膜前后的反射光譜。
圖2. TeO2基底未經鍍膜以及鍍Si-Ti-PVA減反膜后的透過光譜。
圖3. TeO2基底未經鍍膜以及鍍Si-Ti-PEG600減反膜后的透過光譜。