光學薄膜是所有光學器件不可或缺的功能材料 沒有高質量的光學薄膜。 光學儀器甚至無法使用。由于溶膠－凝膠膜具有耐激光損傷閾值高的突出優點 經過二十多年的發展 溶膠－凝膠化學法成為了高能量激光器光學系統的首選鍍膜方法。傳統物理法與溶膠凝膠化學法傳統的光學薄膜制備方法是以物理氣相沉積（PVD）為核心的一系列物理方法 已有一百多年的發展歷史 其理論、設備、軟件均已非常成熟 市場占有率大。物理法鍍膜精度高 適合小口徑平面元件多層鍍膜 設備投資大 維護費用高 是重資產項目。目前 物理法光學薄膜基本是一個封閉的技術領域 從科學的角度 學術外延不廣。而化學法光學薄膜得益于納米材料和新能源技術的迅猛發展 正面臨源源不斷的新需求和新挑戰 潛力巨大 是一個值得大力投入的方向。化學法分為化學氣相沉積和液相外延兩種。理論上 化學氣相沉積法可以做到的薄膜 液相外延法均可以做到。液相外延法主要指溶膠凝膠法（Sol－Gel）：將光學基片以某種方式與預配好的鍍膜液（膠體或溶液）接觸并漸次通過液體區 利用溶劑揮發速度和液體流動速度的匹配 在基片表面形成一層不能夠流動的沉積層。溶膠凝膠法鍍膜精度不如物理法 但適合大口徑平面或異形元件鍍膜 設備投資少 維護費用低 是輕資產人才密集型項目。溶膠凝膠法與物理法二者互為補充 各有優缺點 一旦結合medical endoscope camera 可能創新出性能優越、單一方法難以制備的薄膜材料。溶膠凝膠化學法成為首選溶膠凝膠化學是古老的膠體化學的一個現代分支。自從幾十年前有機硅醇鹽的誕生以來 以二氧化硅顆粒的硅醇鹽路線合成為起始和代表的溶膠－凝膠化學把古老的膠體化學推動到了嶄新的發展階段 溶膠－凝膠化學就此展開其眾多的研究分支和豐富多彩的應用領域。溶膠本身包含“由溶液到膠體”的意思 即從單相的溶液體系通過一定的化學反應逐漸生成膠體粒子 從而形成膠體分散體系 如果化學反應持續進行 膠體粒子就會不斷長大直至溶膠失去流動性形成凝膠 或者。 通過外加干涉的辦法強行凝膠化 這就是制備光學薄膜所采用的路線。雖然溶膠－凝膠化學是一個應用性很強的研究領域 但鑒于其化學基礎研究涉及溶液中的化學反應動力學、膠體成核理論、膠體粒子生長理論以及多相體系的化學反應 是一個相當復雜的過程 同時由于膠體粒子尺寸處于納米尺度 在微觀結構表征方面也存在相當的難度 所以研究溶膠－凝膠化學基礎又是極有挑戰性的工作。溶膠－凝膠法用于鍍制光學薄膜最早出現在上世紀六十年代末best borescope camera android St?ber等人利用TEOS在乙醇溶劑中在氨水催化下的水解和縮聚制備了球型單分散的SiO2顆粒 并由此制備了第一個減反射膜。之后不久 1969年 Schroeder就單層和多層溶膠－凝膠薄膜發展了一套薄膜物理。在1994年的《LaserFocusWorld》第九期 ThomasV．Higgins發表了一篇關于光學薄膜及薄膜光學的簡單回顧。從Fresnel提出著名的物理光學Fresnel方程 到Maxwell提出電磁理論 Lorentz提出電磁輻射的偶極模型 直至WilliamT．Doyle把Fresnel方程用電磁場理論重新表達 薄膜光學形成了統一的理論體系。但此時 溶膠凝膠法在光學薄膜領域并未占有多少分量。隨著高能量激光器的出現。 同時對高功率超短脈沖激光的追求 相關激光物理現象的研究也需要更高能量的激光 而高能量激光具有極大的破壞力 因此對光學元件耐激光損傷能力的提高就非常迫切。物理法制備薄膜最大的缺點就是抗激光損傷能力差 這極大地限制了其在高能量激光器光學元件上的應用 此時溶膠－凝膠法鍍膜作為一種可能的替代技術獲得了較大發展。溶膠－凝膠法成為高能量激光器光學系統的首選鍍膜方法。溶膠凝膠法鍍膜工藝作為液相外延法 溶膠凝膠鍍膜可以使用多種鍍膜工藝 包括提拉法（dip－coating）、旋涂法（spin－coating）、噴涂法（spray－coating）、彎月面法（meniscus－coating）等方法。無論采取哪種鍍制技術 薄膜的成膜機理是一致的handheld video borescope 在制備過程中要嚴格控制沉積參數和環境條件。由左至右依次為：噴涂法、彎月面法、旋涂法、提拉法示意圖具體鍍制方法的選擇主要取決于基底尺寸及其幾何形狀、鍍膜要求（單面或雙面）、鍍膜成本以及前驅溶膠的壽命等：彎月面法需要的溶膠量較少 適合中等尺寸平面基片上沉積單面多層薄膜或者雙面異質薄膜 沒有重力對流體的影響 鍍膜均勻性非常好。旋涂法通過改變轉速來控制膜厚 需要的溶膠量最少 但只能獲得單面薄膜 適用于小尺寸元件鍍膜。提拉法溶膠用量較大 對于形狀不規則或大面積基片雙面鍍膜具有較強的適應性 通過改變提拉速度可以調節薄膜的厚度。從最早的硅醇鹽或金屬醇鹽水解的溶膠凝膠法開始 逐漸衍生出很多相關的濕化學方法 都可以用來制備光學薄膜 以適用于不同的要求。比如 非水體系溶膠凝膠法、水熱或溶劑熱法、溶膠－溶劑熱法、沉淀－重分散法等等。應用這些方法可以制作品種繁多的光學薄膜 比如 非線性光學晶體保護膜 用于固體激光器的三波長減反膜 疏水疏油減反膜 用于無色差鏡頭的MgF2納米晶減反膜 用于光伏、光熱太陽能器件、平板顯示等的寬譜帶減反射膜 用于柔性顯示屏的有機無機雜化減反膜 VO2隔熱膜 高反膜等等。作為一種只有五十年歷史的薄膜制備方法 以溶膠凝膠法為核心的液相外延法已經在各行各業得到應用 在光學薄膜領域的應用也會越來越受到重視。可以展望 未來的柔性顯示技術、分布式光熱電站、手機顯示屏等很多設計光學性能要求的工業產品都需要化學法鍍膜。 |
