CN111897039A - 紫外光平面反射镜及其应用以及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种紫外光平面反射镜，包括平面基体和多层镀膜结构；所述多层镀膜结构由二氧化钛层与二氧化硅层交替层叠镀膜形成，所述多层镀膜结构的总层数为30~34，二氧化钛层的膜层厚度为10~99nm，二氧化硅层的膜层厚度范围29~140nm。所述紫外光平面反射镜从多个维度综合考虑（膜层材料、层数、膜层厚度以及膜层厚度变化规律），设计出紫外光反射镀层结构，不仅降低了总层数，并且能够针对太阳光中的紫外光进行反射：对紫外光的反射率达到90%以上，对红外光及可见光的反射率在10%以下。不仅具有良好的光学性能，还具有良好的强度，并且能组成较大的阵列。

Description

紫外光平面反射镜及其应用以及制备方法
技术领域
本发明涉及光学反射镜技术领域，尤其涉及用于对太阳光中的紫外光平面反射镜及其应用，以及所述紫外光平面反射镜的制备方法。
背景技术
紫外光反射镜主要用于军事医疗、航空航天、光固化、材料光老化领域。通常是在基体上镀膜来实现对紫外光的反射。现有技术中，为了提高对紫外光的反射率采用二氧化锆与二氧化硅进行交替镀膜，镀膜层数需要数十层，甚至达到36层以上才能具有较好的紫外光反射效果。虽然二氧化锆与二氧化硅的组合镀膜结构对于非自然光中的紫外线具有较高反射率，但是太阳光（自然光）的光谱成分比非自然光更加复杂，不仅含有紫外光，同时还含有可见光以及红外光，在对太阳光中的紫外光进行反射时，还需要降低对可见光和红外光的反射率，使可见光和红外光尽可能的发生透射或被吸收。
由于现有技术中的紫外光反射镜并不能很好的从太阳光中分离出紫外光，尤其是反射紫外光的时候还会将红外光进行反射，特别是无法用于大型的处于自然环境下的受试材料易损的光老化实验，在太阳辐射高反射聚集状态下，红外光会导致样品升温而发生过应力损坏，严重干扰紫外光对样品造成的老化作用。
发明内容
针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种紫外光平面反射镜，能够针对太阳光中的紫外线具有高反射率而对太阳光中的红外光具有低反射率。
一种紫外光平面反射镜，其特征在于，包括平面基体和多层镀膜结构；所述多层镀膜结构由二氧化钛层与二氧化硅层交替层叠镀膜形成，所述多层镀膜结构的总层数为30~34，二氧化钛层的膜层厚度为10~99nm，二氧化硅层的膜层厚度范围29~140nm。
进一步，所述二氧化钛层的膜层厚度按如下规律设计：膜层厚度在开始镀膜阶段膜层厚度逐层增加，中层膜厚逐渐增加到某一极大值后逐渐减小至某一极小值，循环若干周期；最后几层镀膜须大幅增加膜厚，达到各膜层厚度的最大值；
所述二氧化硅层的膜层厚度按下规律设计：膜层厚度在开始镀膜阶段膜层厚度逐层减少，中层膜厚逐渐增加到某一极大值后逐渐减小至某一极小值，循环若干周期；最后几层膜厚变化幅度较大，须大幅增加或减少膜厚，达到各膜层厚度的最大值或最小值；
所述二氧化钛层膜层与二氧化硅膜层交替镀制，二氧化钛膜层厚度与二氧化硅膜层厚度变化趋势基本呈相反规律。
本发明还提供一种紫外光平面反射镜的应用，由数个所紫外光平面反射镜组成阵列并组成锅盖形状，用于反射太阳光将其中的紫外光聚光透照射到焦点上用于光老化实验。
本发明还提供一种紫外光反射镜的制备方法，包括以下步骤：
预处理：对平面基体进行粗磨，使平面基体的两个平面表面粗糙度为150号~220号；然而，对粗磨后的平面基体进行精磨，使平面基体的两个平面达的表面粗糙度为320号~400号；再对精磨后的平面基体进行抛光，使平面基体的两个平面达到镀膜所需的表面光洁度和面型精度要求；
多层镀膜：将经过预处理的平面基体清洗干净，并装夹在镀膜机的真空镀膜室内，在真空镀膜室内中两个膜料器中分别加入对应的二氧化钛和二氧化硅膜料；当真空镀膜室内的真空度和温度达到指标后，在镀膜程序控制下，在平面基体的一个平面上完成二氧化钛层与二氧化硅层交替层叠镀膜，形成如权利要求1~6所述的多层镀膜结构的紫外光反射镜。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
1、本发明紫外光平面反射镜从多个维度综合考虑（膜层材料、层数、膜层厚度以及膜层厚度变化规律），设计出紫外光反射镀层结构，不仅降低了总层数，并且能够针对太阳光中的紫外光进行反射：对紫外光的反射率达到98%以上，对红外光及可见光的反射率在10%以下。不仅具有良好的光学性能，还具有良好的强度，确保能组成较大的阵列。与现有技术中只考虑膜层材料与层数具有显著的差别。
2、本发明通过特定的技术手段（膜层材料、层数、膜层厚度以及膜层厚度变化规律）使得本发明的紫外光反射镀层结构降低料对红外光的反射率。突破普遍认为二氧化硅对紫外光与红外光均具有高反射性的认识。本发明的光老化实验能够加速模拟出太阳光中的紫外光对样本的老化作用，排除红外光对老化作用过程的影响。
3、本发明制备工艺简单，通过电脑程序化控制即可实现；而且具有较高的硬度，不易划伤。
附图说明
图1是实施例1中的紫外光反射镜的反射率曲线图；
图2是实施例2中的紫外光反射镜的反射率曲线图；
图3是实施例3中的紫外光反射镜的反射率曲线图；
图4是光老化实验的实验原理图。
具体实施方式
下面结合具体实施试对本发明作进一步详细说明。
本发明提供一种紫外光平面反射镜，包括平面基体和多层镀膜结构；所述多层镀膜结构由二氧化钛层与二氧化硅层交替层叠镀膜形成，所述多层镀膜结构的总层数为30~34，二氧化钛层的膜层厚度为10~99nm，二氧化硅层的膜层厚度范围29~140nm。
进一步，所述二氧化钛层的膜层厚度按如下规律设计：膜层厚度在开始镀膜阶段膜层厚度逐层增加，中层膜厚逐渐增加到某一极大值后逐渐减小至某一极小值，循环若干周期；最后几层镀膜须大幅增加膜厚，达到各膜层厚度的最大值；
所述二氧化硅层的膜层厚度按下规律设计：膜层厚度在开始镀膜阶段膜层厚度逐层减少，中层膜厚逐渐增加到某一极大值后逐渐减小至某一极小值，循环若干周期；最后几层膜厚变化幅度较大，须大幅增加或减少膜厚，达到各膜层厚度的最大值或最小值；
所述二氧化钛层膜层与二氧化硅膜层交替镀制，二氧化钛膜层厚度与二氧化硅膜层厚度变化趋势基本呈相反规律。
其中，所述平面基体为树脂或玻璃材料。所述紫外光平面反射镜尺寸为（200~450）*（100~150）cm2。所述紫外光平面反射镜对太阳光中的紫外光反射波长为280～400nm，反射率为90%以上，对太阳光中的红外光及可见光的反射率在10%以下。
实施例1
多层镀膜结构的总层数为30层，各膜层厚度如下表1：
表1
10.25 93.98 23.39 87.45 33.02 69.41
37.50 46.38 35.61 43.36 45.94 59.03
44.11 79.32 37.11 85.25 43.13 64.84
57.83 55.44 50.16 82.97 25.01 138.32
20.82 86.70 50.47 31.66 98.58 29.76
各膜层厚度的单位为nm，在表格中按照从左至右且从上至下的顺序依次读取第1层至第30层的各膜层厚度。
紫外光平面反射镜尺寸为（200~450）*（100~150）cm2，主要包括200*100、250*100、300*150、350*150、400*150、450*150等等。
采用树脂材料制成的平面基体来制备具有本实施例多层镀膜结构的紫外光反射镜。
本发明还提供一种紫外光平面反射镜的应用，采用所述实施例的紫外光平面反射镜，由数个所紫外光平面反射镜组成阵列并组成锅盖形状，用于反射太阳光将其中的紫外光聚光透照射到焦点上用于光老化实验。
本发明还提供一种紫外光反射镜的制备方法，包括以下步骤：
预处理：对平面基体进行粗磨，使平面基体的两个平面表面粗糙度为150号~220号；然而，对粗磨后的平面基体进行精磨，使平面基体的两个平面达的表面粗糙度为320号~400号；再对精磨后的平面基体进行抛光，使平面基体的两个平面达到镀膜所需的表面光洁度和面型精度要求；
多层镀膜：将经过预处理的平面基体清洗干净，并装夹在镀膜机的真空镀膜室内，在真空镀膜室内中两个膜料器中分别加入对应的二氧化钛和二氧化硅膜料；当真空镀膜室内的真空度和温度达到指标后，在镀膜程序控制下，在平面基体的一个平面上完成二氧化钛层与二氧化硅层交替层叠镀膜，形成所述的多层镀膜结构的紫外光反射镜。
具体实施时，将抛光后的平面基体清洗干净，并装夹在镀膜机的真空镀膜室内，在真空镀膜室内中不同的坩埚内加入对应的二氧化钛和二氧化硅膜料，当真空镀膜室内的真空度Pa和温度200达到指标后，在镀膜程序控制下，在平面基体的一个平面上完成二氧化钛层与二氧化硅层交替层叠镀膜，从而在平面基体上形成多层镀膜结构。
对本实施例的紫外光反射镜进行反射性能检测，检测结果如图1所示。从图1中可以看出，本实施例的紫外光反射镜对280~400nm波长范围的紫外光具有良好的反射性，反射率达到93%以上，而对可见光与红外光具有较低的反射性，反射率在10%以下。
实施例2
多层镀膜结构的总层数为32层，各膜层厚度如下表2：
表2
10.24 93.98 23.38 87.46 33 69.42
37.49 46.39 35.6 43.35 45.95 59.02
44.11 79.32 37.11 85.27 43.14 64.85
57.81 55.43 50.18 82.99 25 138.32
20.85 86.69 50.49 31.67 98.58 29.77
44.33 140.52
各膜层厚度的单位为nm，在表格中按照从左至右且从上至下的顺序依次读取第1层至第32层的各膜层厚度。
采用玻璃材料制成的平面基体来制备具有本实施例多层镀膜结构的紫外光反射镜。制备方法包括以下步骤：
对平面基体进行粗磨，使平面基体的两个平面达到0.2mm以内的平行度、0.02mm以内的垂直度以及180号（90～63m）的表面粗糙度；
对粗磨后的平面基体进行精磨，使平面基体的两个平面达到350号（22.81.5m）的表面粗糙度；
对精磨后的平面基体进行抛光，使平面基体的两个平面达到镀膜所需的表面光洁度和面型精度要求；
将抛光后的平面基体清洗干净，并装夹在镀膜机的真空镀膜室内，在真空镀膜室内中不同的坩埚内加入对应的二氧化钛和二氧化硅膜料，当真空镀膜室内的真空度Pa和温度200达到指标后，在镀膜程序控制下，在平面基体的一个平面上完成二氧化钛层与二氧化硅层交替层叠镀膜，从而在平面基体上形成多层镀膜结构。
对本实施例的紫外光反射镜进行反射性能检测，检测结果如图2所示。从图2中可以看出，本实施例的紫外光反射镜对280～400nm波长范围的紫外光具有良好的反射性，反射率达到90%以上，尤其对340~380nm波长范围在98%以上，而对可见光与红外光具有较低的反射性，反射率在10%以下。
实施例3
多层镀膜结构的总层数为34层，各膜层厚度如下表3：
表3
10.22 93.97 23.39 87.47 32.99 69.43
37.48 46.38 35.62 43.33 45.95 59.03
44.12 79.33 37.13 85.26 43.13 64.84
57.80 55.42 50.16 82.97 25.02 138.31
20.84 86.68 50.48 31.66 98.56 29.78
44.35 140.53 20.27 61.15
各膜层厚度的单位为nm，在表格中按照从左至右且从上至下的顺序依次读取第1层至第34层的各膜层厚度。
采用玻璃材料制成的平面基体来制备具有本实施例多层镀膜结构的紫外光反射镜。制备方法包括以下步骤：
对平面基体进行粗磨，使平面基体的两个平面达到0.2mm的平行度、0.02mm的垂直度以及220号（75～53m）的表面粗糙度；
对粗磨后的平面基体进行精磨，使平面基体的两个平面达到400号（17.31.0m）的表面粗糙度；
对精磨后的平面基体进行抛光，使平面基体的两个平面达到镀膜所需的表面光洁度和面型精度要求；
将抛光后的平面基体清洗干净，并装夹在镀膜机的真空镀膜室内，在真空镀膜室内中不同的坩埚内加入对应的二氧化钛和二氧化硅膜料，当真空镀膜室内的真空度Pa和温度200达到指标后，在镀膜程序控制下，在平面基体的一个平面上完成二氧化钛层与二氧化硅层交替层叠镀膜，从而在平面基体上形成多层镀膜结构。
对本实施例的紫外光反射镜进行反射性能检测，检测结果如图3所示。从图3中可以看出，本实施例的紫外光反射镜对280～400nm波长范围的紫外光具有良好的反射性，反射率达到90%以上，尤其对330~390nm波长范围在95%以上，而对可见光与红外光具有较低的反射性，反射率在10%以下。
二、光老化实验
参考图1所示，光平面反射镜组成阵列并组成锅盖形状，用于反射太阳光将其中的紫外光聚焦透照到样品上用于光老化实验。紫外光反射镜阵列通过特制的追踪系统对太阳光进行追踪，太阳辐射中的紫外光通过聚焦到样品上，从而加速样品的老化；同时，有效降低样品试验过程中的温升过应力损害，保证光老化试验的有效性。
可以采用实施例1、2、3中任意一种紫外光反射镜组成反射镜阵列，以专门研究特定波长范围内的紫外光对样品的老化作用。还可以将实施例1、2、3中不同的紫外光反射镜进行组合，以研究宽频谱范围的紫外光对样品的老化作用。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种紫外光平面反射镜，其特征在于，包括平面基体和多层镀膜结构；所述多层镀膜结构由二氧化钛层与二氧化硅层交替层叠镀膜形成，所述多层镀膜结构的总层数为30～34，二氧化钛层的膜层厚度为10～99nm，二氧化硅层的膜层厚度范围29～140nm。
2.根据权利要求1所述的紫外光平面反射镜，其特征在于，所述二氧化钛层的膜层厚度按如下规律设计：膜层厚度在开始镀膜阶段膜层厚度逐层增加，中层膜厚逐渐增加到某一极大值后逐渐减小至某一极小值，循环若干周期；最后几层镀膜须大幅增加膜厚，达到各膜层厚度的最大值；
所述二氧化硅层的膜层厚度按下规律设计：膜层厚度在开始镀膜阶段膜层厚度逐层减少，中层膜厚逐渐增加到某一极大值后逐渐减小至某一极小值，循环若干周期；最后几层膜厚变化幅度较大，须大幅增加或减少膜厚，达到各膜层厚度的最大值或最小值；
所述二氧化钛层膜层与二氧化硅膜层交替镀制，二氧化钛膜层厚度与二氧化硅膜层厚度变化趋势基本呈相反规律。
3.根据权利要求1所述的紫外光平面反射镜，其特征在于，所述多层镀膜结构的总层数为34层，以二氧化钛层作为第1层镀膜层，从第1层至第34层的各膜层厚度按如下表范围：
Figure FDA0002640988720000011
Figure FDA0002640988720000021
4.根据权利要求1所述的紫外光平面反射镜，其特征在于，所述平面基体为树脂或玻璃材料。
5.根据权利要求1所述的紫外光平面反射镜，其特征在于，所述紫外光平面反射镜尺寸为(200～450)*(100～150)cm2。
6.根据权利要求1所述的紫外光平面反射镜，其特征在于，所述紫外光平面反射镜的反射波长为280～400，反射率为90％以上。
7.一种紫外光平面反射镜的应用，其特征在于，由数个如权利要求1～6所述的紫外光平面反射镜组成阵列并组成锅盖形状，用于反射太阳光将其中的紫外光聚焦透照到样品上用于光老化实验。
8.一种紫外光反射镜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)预处理：对平面基体进行粗磨，使平面基体的两个平面表面粗糙度为150号～220号；然而，对粗磨后的平面基体进行精磨，使平面基体的两个平面达的表面粗糙度为320号～400号；再对精磨后的平面基体进行抛光，使平面基体的两个平面达到镀膜所需的表面光洁度和面型精度要求；
2)多层镀膜：将经过预处理的平面基体清洗干净，并装夹在镀膜机的真空镀膜室内，在真空镀膜室内中两个膜料器中分别加入对应的二氧化钛和二氧化硅膜料；当真空镀膜室内的真空度和温度达到指标后，在镀膜程序控制下，在平面基体的一个平面上完成二氧化钛层与二氧化硅层交替层叠镀膜，形成如权利要求1～6所述的多层镀膜结构的紫外光反射镜。
9.根据权利要求8所述紫外光反射镜的制备方法，其特征在于，对平面基体进行粗磨，使平面基体的两个平面达到0.2mm以内的平行度、0.02mm以内的垂直度。
10.根据权利要求8所述的紫外光反射镜的制备方法，其特征在于：根据权利要求8所述的紫外光反射镜的制备方法，其特征在于：所述镀膜过程的真空度为Pa；温度为200±5℃。
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