二氧化硅多功能薄膜的结构调控与性能研究

发布时间：2021-10-08 13:53

　　在大型高功率固体激光装置中,透射类光学元件表面需要减反膜层来减少因元件表面菲涅尔反射造成的激光传输能量损失。不同类型的光学元件对膜层的要求有所不同,既有单一波长高透的需求,也有宽带增透和多波长增透的需求。溶胶凝胶化学方法在制备减反膜层方面有诸多优势,包括成本低、化学纯度高、制备效率高、抗激光损伤能力强等。然而,溶胶凝胶法制备的减反膜层也有自身的不足之处。以激光装置中最常用的溶胶凝胶二氧化硅薄膜为例,由于高孔隙率和表面极性分子基团特性,易吸附环境中的气态污染物导致孔隙被填充,造成元件光学透射性能下降,影响激光能量传输。如何提高二氧化硅薄膜的抗污染能力是一个巨大的挑战,从膜层物理化学特性分析,对膜层结构进行调控和表面分子基团功能化是极有潜力的解决途径。对于宽带增透和多波长增透的需求,常用的单层二氧化硅薄膜性能难以满足要求。根据光学薄膜理论,折射率渐变是最理想的实现途径,采用不同折射率的膜层进行组合也是一种较好的方案,这些都对膜层折射率调控提出了迫切需求。基于上述需求,本文从二氧化硅胶体合成,胶体颗粒结构调控及表面功能化、膜层结构调控和膜层性能等方面开展了研究,拟通过制备具有自清洁功能的薄膜... 

【文章来源】：中国工程物理研究院北京市

【文章页数】：87 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．１增透膜示意图：（Ａ）单层增透膜；（Ｂ）双层增透膜??

主要由Ｗｅｎｚｅ】和Ｃａｓｓｉｅ完成。下面简单介绍一下这两个模型的内容。??Ｗｅｎｚｅ丨模型??如图１．２?ｂ所示，Ｗｅｎｚｅｌ模型中假设液滴完全穿过表面突起的沟槽，其具体公式如??下６：??ｃｏｓ０ｗ?＝?ｒｃｏｓ０?（１－７）??ｅｗ是粗糙表面的表观接触角，ｅ为与实际界面相似的平滑表面上接触角，ｒ代表粗??糙度系数，其数值等于液滴与表面的实际接触面积除以表观接触面积；对于理想光滑表??面来说，ｒ等于１，对于粗糙表面，１？大于〗。因此根据上述公式不难得出：当ｅ小于９０°??时，０Ｗ随着粗糙度的上升而下降，表观接触角减小，其润湿性更好；当ｅ大于９〇°时，??ｅｗ随着粗糙度增大而增大，其疏水性则更好。值得注意的是，这一模型只适用于热力学??稳定状态下的不光滑表面。??Ｃａｓｓｉｅ模型??然而，当组成材料的化学物质并不是单一种类时，Ｗｅｎｚｅｌ模型就不能满足使用条件??了。因而Ｃａｓｓｉｅ提出了一个新的模型来解释液滴在表面的分布状态。图１．２所示，该模??型假设表面沟槽孔隙中充满了空气

：翁?一??Ｆｉｇｕｒｅ?１．８?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｈｏｌｌｏｗ?ｓｉｌｉｃａ?ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ?ｗｉｔｈ?ａ?ｍｕｌｂｅｒｒｙ－ｌｉｋｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ２３．??图１．８具有桑葚结构的二氧化硅空心球粒子??对于实心纳米颗粒来说，通过改变粒子之间的堆积方式可以实现折射率的调控，但??是如果想进一步降低到超低折射率，则可以通过构建空心粒子的方式来实现。Ｔａｏ２３，２４等??人通过设计空心球二氧化硅纳米胶粒和ＨＭＤＳ或者ＰＯＴＳ?（十三氟辛基三甲氧基硅烷）修??饰，成功制备了折射率低至１．０８的二氧化硅增透膜。并且该薄膜还具有超疏水性能，疏??８??１??


本文编号：3424294