CN105785483B - 红外光学薄膜保护膜及其制备方法 - Google Patents

红外光学薄膜保护膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及薄膜制备技术，具体涉及一种红外光学薄膜保护膜及其制备方法，其特征在于：所述保护膜镀于红外光学薄膜的外层，所述保护膜为至少包含有一个非水解基团和一个可水解基团的有机硅化物；在镀膜设备中利用电子枪或阻蒸方法在基板上制备多层红外光学薄膜，在同一镀膜设备中利用阻蒸方法在所述多层红外光学薄膜外层制备保护膜。本发明的优点是：1）能够有效保护红外光学薄膜，硬度高，抗摩擦性佳，同时对红外光学薄膜的特性改变较小。2）与常规红外光学薄膜的制备方法兼容，工艺匹配性比较好，镀膜温度较低，成本相应降低。

Description

红外光学薄膜保护膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及薄膜制备技术，具体涉及一种红外光学薄膜保护膜及其制备方法。
背景技术
红外光学薄膜在红外成像、红外传感等方面有广泛应用。通常情况下，相比于可见光波段的光学薄膜，红外光学薄膜的镀膜厚度较大，通常在10微米左右。另外，一些红外光学镀膜材料（如ZnS）的机械强度一般低于可见光膜料。这样，使得红外薄膜比较容易出现划痕等损伤，降低了整个红外光学系统的稳定性和寿命。
为此，人们已经开发了多种红外光学薄膜保护膜，比如金刚石和类金刚石、碳化锗、磷化硼、含有过渡金属Zr、Hf的氮化物等。以上红外膜保护膜均为无机物，制备方法多采用溅射方法或化学汽相沉积方法。然而，目前常规的红外膜多采用蒸镀方式，这就使得同一个红外膜需要在两种镀膜设备中进行，增加了运营成本。同时，像金刚石和类金刚石、碳化锗等无机物红外膜保护膜具有较大的应力，容易产生膜裂或脱膜等不良现象，增加了制备难度。
发明内容
本发明的目的是根据上述现有技术的不足，提供一种红外光学薄膜保护膜及其制备方法，通过选用既具有非水解基团又具有可水解基团的有机硅化物作为红外光学薄膜的保护膜，一方面使可水解基团与镀膜基板上的羟基发生缩水反应使保护膜与镀膜基板紧密结合，另一方面保护膜的非水解基团可裸露在空气中起抗摩擦作用。
本发明目的实现由以下技术方案完成：
一种红外光学薄膜保护膜，其特征在于：所述保护膜镀于红外光学薄膜的外层，所述保护膜为至少包含有一个非水解基团和一个可水解基团的有机硅化物，其中所述可水解基团与所述红外光学薄膜发生缩水反应使所述保护膜与所述红外光学薄膜紧密结合，所述非水解基团暴露在空气中用于抗摩擦。
所述硅烷偶联剂可以为含氟硅烷及其多聚体。
所述保护膜与所述红外光学薄膜之间设置有打底层。
所述非水解基团为含氟烷基。
所述打底层可以为二氧化硅和氟化镁。
一种涉及上述红外光学薄膜保护膜的制备方法，其特征在于：在镀膜设备中利用电子枪或阻蒸方法在基板上制备多层红外光学薄膜，在同一镀膜设备中利用阻蒸方法在所述多层红外光学薄膜外层制备保护膜。
在所述多层红外光学薄膜与所述保护膜之间，利用电子枪或阻蒸方法制备打底层。
本发明的优点是：1）能够有效保护红外光学薄膜，硬度高，抗摩擦性佳，同时对红外光学薄膜的特性改变较小。2）与常规红外光学薄膜的制备方法兼容，工艺匹配性比较好，镀膜温度较低，成本相应降低。
附图说明
图1为本发明的第一种结构示意图；
图2为本发明中保护膜的结构式；
图3为本发明中保护膜与镀膜基板反应前的示意图；
图4为本发明中保护膜与镀膜基板反应后的示意图；
图5为本发明的第二种结构示意图；
图6为本发明实施例的效果图。
具体实施方式
以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：
如图1-6所示，图中标记1-6分别为：基板1、多层红外光学薄膜2、保护膜3、硅烷4、氟烷部分5、打底层6。
实施例：如图1所示，本实施例中红外光学保护膜3镀于多层红外光学薄膜2的外层用于对红外光学薄膜起保护作用。多层红外光学薄膜镀在基板1上，在此的基板为硅基板。
本实施例中的保护膜3采用含氟硅烷及其多聚体。如图2所示，含氟硅烷及其多聚体上具有为可水解基团的硅烷4和为非水解基团的氟烷部分5。当含氟硅烷及其多聚体作为保护膜3镀于多层红外光学薄膜2的外侧时，含氟硅烷及其多聚体与已镀膜的基板1发生由图3至图4所示的化学反应；具体而言，硅烷4可以与镀膜基板1上的羟基发生缩水反应而与基板结合，使保护膜3与镀膜基板1相固定同时包覆在多层红外光学薄膜2的外侧以起到保护作用，而氟烷部分5经镀膜后此端会裸露在空气中，起到抗摩擦的作用。
保护膜3的厚度选择依据是：既具有一定的厚度以保证具有抗摩擦特性，又不会因为保护膜3太厚而影响多层红外光学薄膜2的通透性。
保护膜3在制备时，具有如下步骤：
1）将基板1安装到镀膜设备之中，同时利用镀膜设备所具备的离子源对基板1进行轰击，使基板1表面清洁同时活化。
2）在同一镀膜设备之中，利用电子枪或阻蒸方法在基板1的表面制备多层红外光学薄膜2，镀膜的具体层数根据设计需要进行选择。在此，高折射率材料选择锗，采用电子枪蒸镀，镀膜速率为8埃/秒；低折射率材料为硫化锌，采用阻蒸方法蒸镀，镀膜速率为15埃/秒。
3）在同一镀膜设备之中，利用阻蒸方法在已镀有多层红外光学薄膜2的基板1上制备保护膜3。镀膜时，采用定电流220A蒸发，速率(0.1-3)Å/s，蒸发厚度为10纳米。
这样一来，相较于无机物保护膜，本实施例中的保护膜3可以在同一镀膜设备中完成镀膜，与常规红外光学薄膜的制备方法兼容，无需移动到另一个镀膜设备之中，工艺匹配性比较好。
本实施例在具体实施时：含氟硅烷及其多聚体仅仅是保护膜3的一种，保护膜3还可以采用硅烷偶联剂的一种，保护膜3还可以采用具有抗摩擦性能的防污膜（或称为防指纹膜）材料。总的来说，保护膜3所选择的材料应至少具有一个非水解基团和一个可水解基团，其中可水解基团与基板1上的羟基发生缩水反应，非水解基团暴露在空气中来起到抗摩擦的作用。
为了提高多层红外光学薄膜2与保护膜3之间的衔接性，保证保护膜3能够完全包覆住多层红外光学薄膜2，在多层红外光学薄膜2与保护膜3之间蒸镀有打底层6，打底层6起到从多层红外光学薄膜2到保护膜3结构之间过渡的作用。在制备过程中，打底层6的制备步骤位于多层红外光学薄膜2的制备步骤与保护膜3的制备步骤之间，也可利用电子枪或阻蒸方法完成制备。打底层6的材料选择可采用常规的二氧化硅和氟化镁，但也可根据红外光学薄膜2和保护膜3的材料特性选用其他种类的过渡材料。
如图6所示，通过将本实施例中的保护膜镀在红外膜时，其透过率光谱与单一红外膜时的透过率光谱吻合，即在提高对红外膜的保护效果的同时，保证了红外膜的原使用功能。
虽然以上述实施例已经参照附图对本发明目的的构思和实施例做了详细说明，但本领域普通技术人员可以认识到，在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下，仍然可以对发明作出各种改进和变换，如：硅烷偶联剂的种类选择；镀膜参数及具体的工艺等等，故在此不一一赘述。

Claims (8)

1.一种红外光学薄膜保护膜，其特征在于：所述保护膜镀于红外光学薄膜的外层，所述保护膜为至少包含有一个非水解基团和一个可水解基团的有机硅化物，其中所述可水解基团与所述红外光学薄膜发生缩水反应使所述保护膜与所述红外光学薄膜紧密结合，所述非水解基团暴露在空气中用于抗摩擦。
2.根据权利要求1所述的一种红外光学薄膜保护膜，其特征在于：所述保护膜可以为硅烷偶联剂中的一种。
3.根据权利要求2所述的一种红外光学薄膜保护膜，其特征在于：所述硅烷偶联剂可以为含氟硅烷及其多聚体。
4.根据权利要求1所述的一种红外光学薄膜保护膜，其特征在于：所述非水解基团为含氟烷基。
5.根据权利要求1所述的一种红外光学薄膜保护膜，其特征在于：所述保护膜与所述红外光学薄膜之间设置有打底层。
6.根据权利要求5所述的一种红外光学薄膜保护膜，其特征在于：所述打底层可以为二氧化硅和氟化镁。
7.一种涉及权利要求1-6任一项所述红外光学薄膜保护膜的制备方法，其特征在于：在镀膜设备中利用电子枪或阻蒸方法在基板上制备多层红外光学薄膜，在同一镀膜设备中利用阻蒸方法在所述多层红外光学薄膜外层制备保护膜。
8.根据权利要求7所述的一种红外光学薄膜保护膜的制备方法，其特征在于：在所述多层红外光学薄膜与所述保护膜之间，利用电子枪或阻蒸方法制备打底层。
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