中科院固体所在溶胶凝胶法制备红外减反膜方面取得进展

颗粒在线讯：近期，中科院合肥研究院固体所科研人员基于红外基底，采用溶胶凝胶法实现了多种红外减反膜的制备。相关研究成果分别以“Preparation of double-layer two wavelength infrared antireflective coating on CdSe substrate”和“Sol-gel preparation of high transmittance of infrared antireflective coating for TeO2 crystals”为题发表在Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects(Colloid. Surface. A, 628, 127329(2021))和Infrared Physics and Technology (Infrared Phys. Techn., 118, 103881(2021))上。

 红外光学元件由于基底材料折射率比较高，在其表面往往存在着严重的反射，这会大大减少红外光的透过率。为了最大程度地增加红外光的透过，需要在其表面镀制减反膜。目前，红外减反膜通常采用物理法，如磁控溅射、真空热蒸发以及离子束蒸发等技术来制备。但这些方法不仅镀膜成本高，而且获得的红外减反膜在高温辐照的环境下易脱落。而采用溶胶凝胶法镀膜获得的膜层为多孔结构，可有效缓解高温能量冲击，其被认为是一种具有发展前景的制备耐高温辐照膜层的有效方法。然而，由于红外减反所需的膜层较厚，厚度的增加会导致薄膜在退火过程中开裂，因此，采用溶胶凝胶法制备出红外波段减反膜极具挑战。

 研究人员以红外材料CdSe为基底，通过合理设计溶胶成分以及加入添加剂，成功地制备了两波段双层红外减反膜，该膜层底层为多孔TiO2膜，顶层为Si(Ti)O2颗粒膜，孔径及颗粒尺寸均在20mm以内。镀膜后可以实现在2μm和2.5μm两个波段的同时减反，反射率分别为2.1%和2.8%；在1.8μm-2.6μm宽波段平均反射率为2.6%，比未镀膜样品降低了27%。该减反膜在高温400 ℃冷以及低温-16 ℃冷热冲击10次，仍保持完好不开裂，表现出良好的耐高低温性能。

图1. CdSe基底上双层减反膜的SEM图像以及镀膜前后的反射光谱。

 此外，研究人员以红外材料TeO2为基底，结合理论计算，通过调控溶胶成分制备了折射率优化的Si-Ti-PEG600以及Si-Ti-PVA两种减反膜，并探讨了添加剂对膜层结构及热稳定的影响。结果表明，两种膜层均表现出高透过率，最佳透过率接近100%，减反峰值波长在1550nm-2460nm之间可调；膜层表面的低粗糙度有效抑制了表面反射。同时，膜层表现出良好的耐水性和耐高低温性，可耐受的光功率密度分别为3.53×106 W/cm2 和 3.40×106 W/cm2（2.79μm，3Hz）。

图2. TeO2基底未经镀膜以及镀Si-Ti-PVA减反膜后的透过光谱。

图3. TeO2基底未经镀膜以及镀Si-Ti-PEG600减反膜后的透过光谱。