[发明专利]一种表面改性的同质双层氧化硅自清洁减反膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及对无机非金属氧化物薄膜进行表面化学改性的处理方法，特别涉及一种同质双层氧化硅自清洁减反膜的表面改性方法，属于光学抗反射薄膜技术领域。

背景技术

抗反射薄膜也称减反膜，由于能有效减少材料表面的光反射，增加光的透射能力，是一种应用范围极广的薄膜材料，已被大量应用于日常生活、机械、电子、激光、医学、工业、天文、军事等领域。例如：各类光学镜头、光电器件、数字信息显示器、介质薄膜、电子薄膜、光电薄膜、滤色器、光记录器等所需的防反射增透涂层。减反膜主要通过在透明或半透明的基底表面沉积一层或多层折射率呈梯度变化的薄膜，入射光会在不同材料界面发生反射，反射光之间的相互干涉，使其相位和振幅相互抵消，从而降低光的反射率，提高光的透过率。然而由于在实际应用过程中，大部分减反膜表面多为亲水性质，环境中水汽的冲刷、油脂、有机污染物、粉尘等在薄膜表面的吸附，使材料表面被污染，从而降低减反膜的抗反射性和稳定性，影响减反膜的实际应用效果。传统改进方法是采用表面活性剂对减反膜表面进行清洗，这不仅加重环境污染，而且需要反复进行，耗费大量的人力和财力。因此需要发展新的减反膜制备技术，在提高薄膜减反增透作用的同时，也要改变薄膜表面对水汽、油脂等污染物的润湿性，以满足实际应用中对自清洁性能的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种表面改性的同质双层氧化硅(SiO₂)自清洁减反膜的制备方法，使其所制备的减反膜对于可见光范围内的多角度入射光均具有很好的减反增透能力，同时也具有优良的自清洁作用，有望满足光学器件、光子器件、滤色器等器件表面对减反增透膜自清洁效果的实际应用要求。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种表面改性的同质双层氧化硅自清洁减反膜的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

1)利用电子束蒸镀方法，先将沉积角度设定为0°，在透明或半透明的基底上沉积一层厚度为50～55nm的致密二氧化硅层；

2)将沉积角度设定为80°，在获得的致密二氧化硅层上，沉积一层厚度为110～115nm的多孔二氧化硅纳米棒层，孔隙率为60％～70％；

3)配制体积百分浓度为0.005～0.03％的全氟辛基三氯硅烷和正己烷组成的混合溶液溶；

4)将步骤2)中得到的沉积有同质双层二氧化硅的基底浸入配制的混合溶液中，浸泡时间约40～80S，使多孔二氧化硅纳米棒层的表面吸附一层氟辛基三氯硅烷和正己烷组成的高分子层。

上述技术方案中，所述的多孔二氧化硅纳米棒层的孔隙率为60％～70％；所述致密氧化硅层的折射率为1.21～1.45，多孔氧化硅纳米棒层的折射率为1.17～1.21，聚四氟乙烯纳米棒层的折射率为1～1.17。

所述透明或半透明的基底包括石英片、BK7、SF5、LAK14、FTO和派莱克斯玻璃中的任一种，它们的折射率在1.45～1.95之间。

本发明所制备的减反膜具有以下优点及突出性的技术效果：①抗反射：通过在基体上沉积两层折射率呈梯度变化的薄膜，分段降低基体与环境对光的折射率差异，使最外层薄膜与环境之间的界面折射率降至或接近1来减少光的反射。②自清洁性：采用全氟辛基三氯硅烷和正己烷组成的混合溶液对该复合薄膜进行表面化学改性处理，可通过化学表面吸附，使多孔的SiO₂纳米棒表面吸附一层氟辛基三氯硅烷和正己烷组成的高分子层。高分子材料比强度高、不溶于水，其涂覆在减反膜表面，会提高薄膜表面对水汽、油脂等污染物的接触角，降低这些污染物对薄膜表面的润湿性，从而使薄膜拥有自清洁效果。在实际使用过程中不会受环境水汽、油脂、灰尘颗粒的污染而降低薄膜的抗反射性。

附图说明

图1为本发明表面改性的同质双层氧化硅自清洁减反膜的截面示意图。

其中：1-基底；2-致密SiO₂层；3-多孔SiO₂纳米棒层。入射光在空气-多孔SiO₂纳米棒层界面、双层SiO₂界面以及减反膜-基底界面处发生反射和透射。

图2为本发明表面改性的同质双层氧化硅自清洁减反膜的实物截面扫描电镜照片。

图3为本发明表面改性的同质双层氧化硅自清洁减反膜的垂直入射反射率的实验值与计算值。

其中：ds代表利用光学软件，计算在BK7玻璃上沉积该减反膜的垂直入射反射率；de代表根据光学软件计算结果，利用电子束蒸发设备实验沉积该减反膜的垂直入射反射率。