CN113504588A - 兼容电磁屏蔽红外增透薄膜器件的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及兼容电磁屏蔽红外增透薄膜器件的制备方法，该器件是将介质薄膜作为红外增透层与石墨烯薄膜组合，构建三明治结构的红外增透薄膜器件；利用石墨烯网栅叠加红外增透薄膜的方法实现兼容电磁屏蔽红外增透薄膜器件的制备。对其透明电磁屏蔽性能进行测试分析，本发明薄膜器件保持了红外增透膜的高透过率，同时具备良好的电磁屏蔽性能，能够解决现有装备窗口不能同时满足红外增透和电磁屏蔽的问题，研究成果可广泛的应用于各类装备窗口表面并为新型多功能复合薄膜的应用奠定技术基础。

Description

兼容电磁屏蔽红外增透薄膜器件的制备方法
技术领域
本发明涉及透明电磁屏蔽技术领域,具体涉及一种兼容电磁屏蔽红外增透薄膜器件的制备方法。
背景技术
现代光电技术中的红外探测、红外成像技术已得到广泛应用，尤其是在军事装备中。红外光学窗口是各类红外装备中的核心部件，它可以有效的保护后端的探测器，同时具备红外增透功能以确保良好的透过率。通常使用红外薄膜作为窗口的增透层，这样窗口就具备了红外增透功能，由于大多数红外增透窗口都不是导体，即不具备电磁屏蔽功能。这就会导致窗口不能屏蔽外界电磁波，容易使其内部电子设备受到电磁打击，严重影响武器系统的功能。为了使装备上的红外窗口具备电磁屏蔽功能，最有效的方法是保证一定红外透过率的基础上在常规红外薄膜上建立电磁屏蔽膜层，以实现兼容电磁屏蔽红外增透功能。
发明内容
本发明提供一种兼容电磁屏蔽红外增透薄膜器件的制备方法，在单个器件上实现红外增透及电磁屏蔽的双重功能，解决现有红外窗口兼容电磁屏蔽功能不佳的问题。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是：
兼容电磁屏蔽红外增透薄膜器件的制备方法，包括如下步骤:
步骤一、将基底置于真空镀膜机中，在基底的两面分别完成红外增透薄膜的镀制；
步骤二、使用去离子水将步骤一制得的样品进行超声清洗，然后将其置于匀胶机中，将光刻胶旋涂在其表面，使用加热台烘烤旋涂有光刻胶的基底；
步骤三、利用紫外光刻机对光刻胶进行紫外曝光，将掩膜版图形复制到步骤二所得的样品表面，然后使用去离子水超声清洗；
步骤四、将旋涂有PMMA的单层石墨烯薄膜转移至目标基底并去除PMMA，将其作为新的目标基底；将另一片旋涂有PMMA的单层石墨烯薄膜转移至新的目标基底上，得到二层石墨烯薄膜；重复以上步骤，最终得到多层叠加的石墨烯薄膜；
步骤五、将步骤四所得多层叠加石墨烯薄膜吸附在步骤三所得样品的光刻胶上；加热烘烤后利用有机溶剂去除样品表面光刻胶，然后使用去离子水超声清洗，最终得到兼容电磁屏蔽红外增透薄膜器件。
进一步的，步骤一中，所述基底为双抛硅基底，双抛硅基底在在1.35×10-2Pa的真空度下以0.6nm/s的速率沉积ZnS层，然后在2.2×10-2Pa的真空度下以1.8nm/s的速率沉积MgF2薄膜，在镀膜过程中持续使用宽束冷阴极离子源辅助沉积，离子源阳极电流35mA，阴极电流12.5mA。
进一步的，步骤一中，所述基底为双抛硅基底，双抛硅基底在1.20×10-2Pa的真空度下以0.4nm/s的速率沉积ZnSe层，然后在1.9×10-2Pa的真空度下以1.4nm/s的速率沉积BaF2薄膜，在镀膜过程中持续使用宽束冷阴极离子源辅助沉积，离子源阳极电流35mA，阴极电流12.5mA。
进一步的，步骤二中，超声清洗时间为10分钟，匀胶机以2800转每分钟的速率旋涂25秒，加热台烘烤的加热温度为100℃，加热保持8分钟。
进一步的，步骤三中，紫外曝光时间持续60秒，超声清洗三次，每次5分钟。
进一步的，步骤五中，加热台烘烤15分钟，保持温度120℃；有机溶剂选用40℃的丙酮溶液，超声清洗三次，每次6分钟。
通过上述方法制得的器件包括基底，基底的正反两面镀设红外膜，在一个红外膜面设置石墨烯网栅。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1.本发明采用将多层叠加石墨烯薄膜转移至显影后的光刻胶图案表面，经过去胶后在红外增透薄膜上完成多层石墨烯网栅的制备，最终得到三明治结构的兼容电磁屏蔽红外增透薄膜器件。该方法是在单个器件上获得红外增透和电磁屏蔽结构，器件结构紧凑。
2.本发明将红外增透薄膜与石墨烯薄膜组合，构建了石墨烯薄膜/红外膜/基底/红外膜结构的薄膜器件，该器件保持了红外增透薄膜的高透过率，同时具备良好的电磁屏蔽效能，可实现窗口同时具备红外增透和电磁屏蔽的功能。
附图说明
图1是本发明兼容电磁屏蔽红外增透薄膜器件的结构示意图；
图2是本发明方法制备的直径为2英寸的兼容电磁屏蔽红外增透薄膜器件实物图；
图3是本发明制备的兼容电磁屏蔽红外增透薄膜器件的红外透过率测试结果图。
图4是本发明制备的兼容电磁屏蔽红外增透薄膜器件的屏蔽效能测试结果图。
图中，1-基底，2-红外膜，3-石墨烯网栅。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
本发明涉及兼容电磁屏蔽红外增透薄膜器件的制备方法，该器件是将介质薄膜作为红外增透层与石墨烯薄膜组合，构建三明治结构的红外增透薄膜器件。利用石墨烯网栅叠加红外增透薄膜的方法实现兼容电磁屏蔽红外增透薄膜器件的制备。
实施例1：
一种兼容电磁屏蔽红外增透薄膜器件的制备方法，按以下步骤进行：
步骤一、将双抛硅基底置于真空镀膜机，在1.35×10-2Pa的真空度下以0.6nm/s的速率沉积ZnS层，在2.2×10-2Pa的真空度下以1.8nm/s的速率沉积MgF2薄膜；在镀膜过程中持续使用宽束冷阴极离子源辅助沉积，离子源阳极电流35mA，阴极电流12.5mA；完成单面红外增透薄膜的镀制后以相同工艺在双抛硅的另一面完成红外增透薄膜的镀制；
步骤二、使用去离子水将步骤一所得样品超声清洗10分钟，之后将其置于匀胶机中，以2800转每分钟的速率旋涂25秒，将光刻胶旋涂在其表面；之后使用加热台烘烤旋涂有光刻胶的基底，加热温度100℃并保持8分钟；
步骤三、利用紫外光刻机对光刻胶进行紫外曝光，将掩膜版图形复制到步骤二所得样品表面，时间持续60秒；经过60秒显影后，使用去离子水超声清洗三次，每次5分钟；
步骤四、将旋涂有PMMA的单层石墨烯薄膜转移至目标基底并去除PMMA，得到石墨烯/目标基底样品，并将其作为新的目标基底；将另一片旋涂有PMMA的单层石墨烯薄膜转移至石墨烯/目标基底上，得到二层石墨烯薄膜；重复以上步骤，最终得到多层叠加的石墨烯薄膜；
步骤五、将步骤四所得多层叠加石墨烯薄膜吸附在步骤三所得样品的光刻胶上；之后使用加热台烘烤15分钟，保持温度120℃；利用40℃的丙酮溶液去除样品表面光刻胶，并使用去离子水超声清洗三次，每次6分钟；最终得到目标样品。
请参见图1，图1为通过上述方法制得的兼容电磁屏蔽红外增透薄膜器件的结构示意图，该器件包括基底1，基底1的正反两面镀设红外膜2，在一个红外膜2面设置石墨烯网栅3；本发明薄膜器件为多层复合三明治结构，双面红外膜结构实现红外增透功能，单面石墨烯网栅结构实现电磁屏蔽功能。
请参见图2，图2为通过实施例1的方法制备的直径为2英寸的兼容电磁屏蔽红外增透薄膜器件的实物图，从图中可已看出，本发明制备的薄膜器件结构均匀，同时石墨烯网栅覆盖完整并且线宽均匀，可以满足2英寸红外透明电磁屏蔽窗口的应用。
请参见图3，图3为通过实施例1的方法制备的薄膜器件的红外透过率测试结果图，从图中可已看出，器件的峰值透过率为95.06％，平均透过率为93.40％。该结果是2英寸兼容电磁屏蔽红外增透薄膜器件的整体红外透过率性能，构建的复合膜系保持了红外增透薄膜的光学特性，透过率的下降值仅为多层石墨烯网栅的吸收值。
请参见图4，图4为通过实施例1的方法制备的薄膜器件的屏蔽效能测试结果图，从图中可已看出，器件的屏蔽效能峰值为14.50dB，屏蔽效能平均值为12.98dB，该结果是2英寸兼容电磁屏蔽红外增透薄膜器件的整体电磁屏蔽性能，该器件具备良好的电磁屏蔽性能也保持了较高的红外透明性能。
实施例2：
一种兼容电磁屏蔽红外增透薄膜器件的制备方法，按以下步骤进行：
步骤一、将双抛硅基底置于真空镀膜机，在1.20×10-2Pa的真空度下以0.4nm/s的速率沉积ZnSe层，在1.9×10-2Pa的真空度下以1.4nm/s的速率沉积BaF2薄膜；在镀膜过程中持续使用宽束冷阴极离子源辅助沉积，离子源阳极电流35mA，阴极电流12.5mA；完成单面红外增透薄膜的镀制后以相同工艺在双抛硅的另一面完成红外增透薄膜的镀制；
步骤二、使用去离子水将步骤一所得样品超声清洗10分钟，之后将其置于匀胶机中，以2800转每分钟的速率旋涂25秒，将光刻胶旋涂在其表面；之后使用加热台烘烤旋涂有光刻胶的基底，加热温度100℃并保持8分钟；
步骤三、利用紫外光刻机对光刻胶进行紫外曝光，将掩膜版图形复制到步骤二所得样品表面，时间持续60秒；经过60秒显影后，使用去离子水超声清洗三次，每次5分钟；
步骤四、将旋涂有PMMA的单层石墨烯薄膜转移至目标基底并去除PMMA，得到石墨烯/目标基底样品，并将其作为新的目标基底；将另一片旋涂有PMMA的单层石墨烯薄膜转移至石墨烯/目标基底上，得到二层石墨烯薄膜；重复以上步骤，最终得到多层叠加的石墨烯薄膜；
步骤五、将步骤四所得多层叠加石墨烯薄膜吸附在步骤三所得样品的光刻胶上；之后使用加热台烘烤15分钟，保持温度120℃；利用40℃的丙酮溶液去除样品表面光刻胶，并使用去离子水超声清洗三次，每次6分钟；最终得到目标样品。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内的局部修改或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。

Claims (7)

1.兼容电磁屏蔽红外增透薄膜器件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤:
步骤一、将基底置于真空镀膜机中，在基底的两面分别完成红外增透薄膜的镀制；
步骤二、使用去离子水将步骤一制得的样品进行超声清洗，然后将其置于匀胶机中，将光刻胶旋涂在其表面，使用加热台烘烤旋涂有光刻胶的基底；
步骤三、利用紫外光刻机对光刻胶进行紫外曝光，将掩膜版图形复制到步骤二所得的样品表面，然后使用去离子水超声清洗；
步骤四、将旋涂有PMMA的单层石墨烯薄膜转移至目标基底并去除PMMA，将其作为新的目标基底；将另一片旋涂有PMMA的单层石墨烯薄膜转移至新的目标基底上，得到二层石墨烯薄膜；重复以上步骤，最终得到多层叠加的石墨烯薄膜；
步骤五、将步骤四所得多层叠加石墨烯薄膜吸附在步骤三所得样品的光刻胶上；加热烘烤后利用有机溶剂去除样品表面光刻胶，然后使用去离子水超声清洗，最终得到兼容电磁屏蔽红外增透薄膜器件。
2.根据权利要求1所述兼容电磁屏蔽红外增透薄膜器件的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述基底为双抛硅基底，双抛硅基底在在1.35×10-2Pa的真空度下以0.6nm/s的速率沉积ZnS层，然后在2.2×10-2Pa的真空度下以1.8nm/s的速率沉积MgF2薄膜，在镀膜过程中持续使用宽束冷阴极离子源辅助沉积，离子源阳极电流35mA，阴极电流12.5mA。
3.根据权利要求1所述兼容电磁屏蔽红外增透薄膜器件的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述基底为双抛硅基底，双抛硅基底在1.20×10-2Pa的真空度下以0.4nm/s的速率沉积ZnSe层，然后在1.9×10-2Pa的真空度下以1.4nm/s的速率沉积BaF2薄膜，在镀膜过程中持续使用宽束冷阴极离子源辅助沉积，离子源阳极电流35mA，阴极电流12.5mA。
4.根据权利要求2或3所述兼容电磁屏蔽红外增透薄膜器件的制备方法，其特征在于，步骤二中，超声清洗时间为10分钟，匀胶机以2800转每分钟的速率旋涂25秒，加热台烘烤的加热温度为100℃，加热保持8分钟。
5.根据权利要求4所述兼容电磁屏蔽红外增透薄膜器件的制备方法，其特征在于，步骤三中，紫外曝光时间持续60秒，超声清洗三次，每次5分钟。
6.根据权利要求5所述兼容电磁屏蔽红外增透薄膜器件的制备方法，其特征在于，步骤五中，加热台烘烤15分钟，保持温度120℃；有机溶剂选用40℃的丙酮溶液，超声清洗三次，每次6分钟。
7.根据权利要求1所述兼容电磁屏蔽红外增透薄膜器件的制备方法，其特征在于，所述方法制得的器件包括基底，基底的正反两面镀设红外膜，在一个红外膜面设置石墨烯网栅。
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