CN107012449A - 一种基于多个单层膜堆叠的新型镀膜方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于多个单层膜堆叠的新型镀膜方法，该方法是先在多个基底上分别镀上单层膜，然后通过反向堆叠使其中两个单层膜上下堆积，经热处理后，再腐蚀掉上层基底，制得复合双层膜，通过反向堆叠使复合双层膜上再堆积一个单层膜，经热处理后，腐蚀掉上层基底，制得复合三层膜，依次重复反向堆叠、热处理、腐蚀，即可制得多个单层膜堆叠而成的复合膜。与现有技术相比，本发明方法以溶胶凝胶法为基础，工艺流程简单，无需真空高温设备，能有效构造理想多层膜系，且绿色环保，成本低廉，有效保证了各个膜层的质量，避免了直接镀多层膜产生的应力开裂问题，成膜效果良好，具有很好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于多层膜镀膜技术领域，涉及一种基于多个单层膜堆叠的新型镀膜方法。
背景技术
溶胶凝胶镀膜方法是指金属有机或无机化合物，经溶液、溶胶、凝胶而固化，在溶胶或凝胶状态下成型，再经处理转化为氧化物或其它化合物固体薄膜的方法。该方法无需真空设备，工艺简单，成本较低，可获得理想厚度和组分的薄膜，适用于大面积镀膜，且对衬底无损伤。
近年来，随着溶胶凝胶镀膜技术的广泛应用，现已成功制备BaTiO3等各种电子陶瓷材料、超导薄膜、高温超导纤维等。在光学方面，该技术已被用于制备各种光学膜，例如，高反射膜、减反射膜等，特别是在一维光子晶体的制备和应用中，具有很好的应用前景。所谓光子晶体是一种折射率呈周期排列的合成材料，具有光子禁带，从而具有对光波的调制作用，例如，某些频率的光波可以透过，而另一些频率的光波则被阻隔。
然而，溶胶凝胶镀膜方法的主要缺点之一是很难镀多层膜。由于溶胶凝胶材料的固有特性，新膜会在应力的作用下而发生开裂，或者不能有效地附着在旧膜上，从而无法形成完整可靠的膜层结构。而多层膜结构往往比单层膜结构具有更为优异的光学特性、机械特性，尤其在一维光子晶体的设计应用中必不可少，这就大大限制了溶胶凝胶镀膜方法的实际应用。
磁控溅射法是利用高能粒子轰击靶材，使得靶材原子或分子被溅射出来并沉积到衬底表面的一种工艺，在光学镀膜领域应用广泛，镀膜质量和精度都比较高，但价格昂贵，不适宜大面积应用。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可显著降低大面积镀膜经济成本，保证各膜层质量，避免直接镀多层膜易产生应力开裂问题的基于多个单层膜堆叠的新型镀膜方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于多个单层膜堆叠的新型镀膜方法，该方法是先在多个基底上分别镀上单层膜，然后通过反向堆叠使其中两个单层膜上下堆积，经热处理后，再腐蚀掉上层基底，制得复合双层膜，通过反向堆叠使复合双层膜上再堆积一个单层膜，经热处理后，腐蚀掉上层基底，制得复合三层膜，依次重复反向堆叠、热处理、腐蚀，即可制得多个单层膜堆叠而成的复合膜。
所述的单层膜通过溶胶凝胶法镀附在基底上。
所述的基底为纯度大于99％的铜箔基底。
所述的铜箔基底的厚度为0.01-0.1mm。
所述的腐蚀采用的腐蚀液为亚硫酸铵溶液。
所述的热处理的条件为：控制温度为50-100℃，加热时间为1-5分钟。
所述的单层膜包括二氧化硅单层膜、二氧化锆单层膜或二氧化钛单层膜中的一种或几种。
所述的二氧化硅单层膜的折射率为1.43-1.47，所述的二氧化锆单层膜的折射率为2.14-2.20，所述的二氧化钛单层膜的折射率为2.63-2.67。
本发明方法将所需要的多层膜中的每一个单层膜分别制备，之后通过反向堆叠使单层膜上下堆积，腐蚀上层基底，使各个单层膜自下而上按照膜系设计组合成多层膜结构，从而既能保证各个单层膜的成膜质量，又可以克服溶胶凝胶法不便于镀多层膜的困难。
本发明方法在实际堆积过程中，相邻堆积的两个单层膜的材质可以相同，也可以不同。
在实际制备过程中，以铜箔作为基底，在铜箔表面镀单层膜，其中膜厚即为多层膜系设计中的各个单层膜的厚度。铜箔对于绝大多数镀膜材料都具有良好的附着力，膜层性质均匀，结构完整。然后按照膜系设计的顺序，将一片镀膜铜箔反向堆叠到另一片镀膜铜箔上，使得两层膜刚好接触不留气泡，然后使用加热装置在50-100℃条件下加热1-5分钟，使膜层紧密贴合在一起。下层膜贴合在玻璃基底上，起固定和防污染作用。最后，将整体结构浸没在腐蚀溶剂例如亚硫酸铵中，腐蚀上层铜箔，留下两层膜结构。腐蚀溶液对膜层结构没有破坏效果。这样既保证了各个单层膜结构的完整性不被破坏，又可以用相对简单快速的方法获得多层膜结构。
与现有技术相比，本发明具有以下特点：
1)与磁控溅射法、化学气相沉积法相比，本发明方法以溶胶凝胶法为基础，提供了全新的多层膜镀膜方案，具有工艺流程简单，无需真空高温设备，能有效构造理想多层膜系，且绿色环保，成本低廉的典型优势；
2)本发明通过多个单层膜的分别制备堆叠，有效保证了各个膜层的质量，避免了直接镀多层膜产生的应力开裂问题，成膜效果良好，具有很好的应用前景。
附图说明
图1为实施例1中在铜箔基底上镀单层膜的结构示意图；
图2为实施例1中两个单层膜反向堆叠的结构示意图；
图3为实施例1中腐蚀基底后的双层膜结构示意图；
图中标记说明：
1—铜箔基底、2—二氧化硅单层膜、3—二氧化锆单层膜。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1：
本实施例基于多个单层膜堆叠的新型镀膜方法，是先在多个基底上分别镀上单层膜(在一部分基底上镀上二氧化硅单层膜2，其余的基底上镀上二氧化锆单层膜3)，如图1所示，然后通过反向堆叠使其中两个单层膜(即一个二氧化硅单层膜2与一个二氧化锆单层膜3)上下堆积，如图2所示，经热处理后，再腐蚀掉上层二氧化硅单层膜2基底，制得复合双层膜，如图3所示，通过反向堆叠使复合双层膜上再堆积一个二氧化锆单层膜3，经热处理后，腐蚀掉上层基底，制得复合三层膜，依次重复反向堆叠、热处理、腐蚀，即可制得多个单层膜堆叠而成的复合膜。
本实施例中，单层膜通过溶胶凝胶法镀附在基底上。基底为纯度大于99％的铜箔基底1。铜箔基底1的厚度为0.05mm。腐蚀采用的腐蚀液为亚硫酸铵溶液。热处理的条件为：控制温度为50℃，加热时间为5分钟。
本实施例中，单层膜为二氧化硅单层膜2和二氧化锆单层膜3，其中，二氧化硅单层膜2的折射率为1.45，二氧化锆单层膜3的折射率为2.18。
实施例2：
本实施例中，铜箔基底1的厚度为0.1mm；热处理的条件为：控制温度为100℃，加热时间为1分钟。单层膜为二氧化硅单层膜2和二氧化锆单层膜3，其中，二氧化硅单层膜2的折射率为1.47，二氧化锆单层膜3的折射率为2.20。
其余同实施例1。
实施例3：
本实施例中，铜箔基底1的厚度为0.01mm；热处理的条件为：控制温度为75℃，加热时间为3分钟。单层膜为二氧化硅单层膜2和二氧化锆单层膜3，其中，二氧化硅单层膜2的折射率为1.43，二氧化锆单层膜3的折射率为2.14。
其余同实施例1。
实施例4：
本实施例中，铜箔基底1的厚度为0.02mm；热处理的条件为：控制温度为80℃，加热时间为2分钟。单层膜为二氧化钛单层膜和二氧化锆单层膜3，二氧化钛单层膜的折射率为2.63，二氧化锆单层膜3的折射率为2.18。
其余同实施例1。
实施例5：
本实施例中，铜箔基底1的厚度为0.08mm；热处理的条件为：控制温度为92℃，加热时间为1分钟。单层膜为二氧化钛单层膜和二氧化硅单层膜2，二氧化钛单层膜的折射率为2.67，二氧化硅单层膜2的折射率为1.44。
其余同实施例1。
实施例6：
本实施例中，铜箔基底1的厚度为0.04mm；热处理的条件为：控制温度为84℃，加热时间为3分钟。单层膜为二氧化钛单层膜、二氧化硅单层膜2和二氧化锆单层膜3，二氧化钛单层膜的折射率为2.65，二氧化硅单层膜2的折射率为1.44、二氧化锆单层膜3的折射率为2.17。
其余同实施例1。
Claims (8)
1.一种基于多个单层膜堆叠的新型镀膜方法，其特征在于，该方法是先在多个基底上分别镀上单层膜，然后通过反向堆叠使其中两个单层膜上下堆积，经热处理后，再腐蚀掉上层基底，制得复合双层膜，通过反向堆叠使复合双层膜上再堆积一个单层膜，经热处理后，腐蚀掉上层基底，制得复合三层膜，依次重复反向堆叠、热处理、腐蚀，即可制得多个单层膜堆叠而成的复合膜。
2.根据权利要求1所述的一种基于多个单层膜堆叠的新型镀膜方法，其特征在于，所述的单层膜通过溶胶凝胶法镀附在基底上。
3.根据权利要求2所述的一种基于多个单层膜堆叠的新型镀膜方法，其特征在于，所述的基底为纯度大于99％的铜箔基底。
4.根据权利要求3所述的一种基于多个单层膜堆叠的新型镀膜方法，其特征在于，所述的铜箔基底的厚度为0.01-0.1mm。
5.根据权利要求3所述的一种基于多个单层膜堆叠的新型镀膜方法，其特征在于，所述的腐蚀采用的腐蚀液为亚硫酸铵溶液。
6.根据权利要求1所述的一种基于多个单层膜堆叠的新型镀膜方法，其特征在于，所述的热处理的条件为：控制温度为50-100℃，加热时间为1-5分钟。
7.根据权利要求1所述的一种基于多个单层膜堆叠的新型镀膜方法，其特征在于，所述的单层膜包括二氧化硅单层膜、二氧化锆单层膜或二氧化钛单层膜中的一种或几种。
8.根据权利要求7所述的一种基于多个单层膜堆叠的新型镀膜方法，其特征在于，所述的二氧化硅单层膜的折射率为1.43-1.47，所述的二氧化锆单层膜的折射率为2.14-2.20，所述的二氧化钛单层膜的折射率为2.63-2.67。
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