CN114635113A - 一种高亮度银白色电磁波透过复合薄膜的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明目的在于提供一种高亮度银白色电磁波透过复合薄膜及其制备方法，该复合薄膜呈现出高亮度银白色外观，且对电磁波具有良好的透过性。本发明所涉及的高亮度银白色电磁波透过复合薄膜由(1)衬底层、(2)颗粒形貌调整层、(3)金属层和(4)保护层构成。其中，金属层沉积在颗粒形貌调整层之上，其由扁平岛状金属颗粒与颗粒间的间隙构成。颗粒形貌调整层是沉积在衬底层上的氧化物或氮化物薄膜层，其作用是利用润湿性、表面扩散系数和晶面匹配性，对金属层的扁平岛状颗粒形貌进行调控。保护层覆盖在金属层上的高透明紫外固化有机物。本发明复合薄膜呈现出高亮度银白色外观，且对电磁波具有良好的透过性。

Description

一种高亮度银白色电磁波透过复合薄膜的制备方法

技术领域

本发明涉及一种高亮度银白色电磁波透过复合薄膜的制备方法。

背景技术

随着通信技术的广泛应用，万物互联时代已经来临，消费电子、智能家居、智能汽车等等都需要利用电磁波的发射和接收来实现其互联互通的功能。另一方面，高亮度银白色作为目前应用最为广泛和最受欢迎的装饰色，通常采用传统电镀连续金属膜来获得，但这种连续致密金属薄膜无法有效的透过电磁波，导致其无法满足互联互通的需求。因此，迫切需要一种同时具备高亮度银白色金属光泽和电磁波透过性能的薄膜材料。

作为满足上述要求的高亮度银白色电磁波透过复合薄膜，其中金属层可以通过蒸镀或者溅射的方式形成非连续薄膜，金属层薄膜内部由扁平岛状颗粒和颗粒之间的间隙构成。基于颗粒之间间隙的存在，增大了薄膜的方块电阻，降低了对电磁波的反射，从而使得复合薄膜具备优良的电磁波信号透过性；当扁平岛状颗粒的宽厚比较大时，即可有效抑制金属层微小岛状颗粒对可见光的漫反射，从而增大镜面反射提高亮度，使得复合薄膜具有高亮度银白色外观。

但这种高亮度银白色电磁波透过复合薄膜的制备存在较大难度，往往无法兼顾电磁波透过和高亮度银白色外观。专利201510015904.6中，提供了一种岛状结构金属膜层镀膜玻璃，玻璃具有一定的电磁波透过性，但可见光透射率在20％～55％，对可见光的反射不足，难以实现高亮度的效果，同时其面电阻等于零，不利于电磁波的透过。专利201880001266.4中，提供了一种包括微裂纹及冲孔的电磁波透射性传感器盖的制造方法，该样品呈现暗色或浅色，因而无法实现高亮度，同时制备方法复杂，步骤多。专利201980008009.8中提供了一种电磁波透过性金属光泽膜，其中实施例1中550nm下的反射率为55％，反射率较低无法实现高亮度，且未提供CIE-lab亮度数据。

电磁波透过和高亮度银白色外观无法兼顾的问题，主要是由于难以对金属层岛状颗粒的形貌进行控制，因而无法实现薄膜电磁和光学性能的调控。一般情况下，金属层直接蒸镀或溅射在衬底层表面，要想获得高亮度银色白外观效果，通常需要形成宽厚比大的扁平岛状颗粒来实现可见光的镜面反射，但由于沉积过程中颗粒无序生长而极易形成连续薄膜，使得颗粒之间的间隙减少甚至于消失，从而导致不能良好地透过电磁波；或者形成的是等轴形态、宽厚比趋于1的岛状颗粒来提高电磁波的透过性，但这将显著增强薄膜的对可见光的漫反射、降低镜面反射，导致亮度较低。因此，本专利通过设置由氮化物或者氧化物组成的颗粒形貌调整层，利用润湿性、表面扩散系数和晶面匹配性，调控沉积于其上的金属层岛状颗粒的生长形貌，使得容易形成大宽厚比的扁平岛状颗粒，从而同时满足电磁波透过和高亮度银白色外观。

同时，由于金属层具有容易脱落、缺乏耐久性和耐磨损性的缺点，所以在蒸镀或溅射金属层后，还需设置一层不影响复合薄膜颜色外观和电磁波透过性能的保护层，本专利优选紫外光固化有机涂层，涂覆方便、固化效率高，且其高透光率的特点不会影响到复合薄膜的电磁波透过性能，对复合薄膜的颜色外观甚至能起到提高亮度的作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高亮度银白色电磁波透过复合薄膜的制备方法。

一种高亮度银白色电磁波透过复合薄膜的制备方法，所述复合薄膜由衬底层、颗粒形貌调整层、金属层和保护层构成；其制备过程如下：

在去离子水和无水乙醇中超声清洗衬底层，然后用纯度≥99.99％的氮气快速吹干；将衬底层放入多靶溅射仪腔体内，抽真空使溅射仪腔体内真空度达到≤4×10^-4Pa，加热衬底层使其温度达到20～140℃，然后往溅射仪腔体内通入纯度≥99.99％的氩气，预溅射10min清洗靶材；再按照氩氮比1∶0.01～0.1通入纯度≥99.99％的氮气溅射0.5～20min制备氮化物颗粒形貌调整层，或按照氩氧比1∶0.02～0.1通入纯度≥99.99％的氧气溅射0.5～10min制备氧化物颗粒形貌调整层；随后停止通入氮气或氧气，再溅射0.5～10min制备金属层；溅射完成后在金属层表面涂覆保护层。

进一步的，所述衬底层包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、亚克力(PMMA)、玻璃中的一种，且衬底层可见光透过率≥88％。

进一步的，所述氮化物颗粒形貌调整层的摩尔组成为Si_xB_yAl_zN_w，颗粒形貌调整层厚度为5-30nm。其中：

0.30≤x≤0.45，0.05≤y≤0.20，0.05≤z≤0.20，0.45≤w≤0.60。

进一步的，所述氧化物颗粒形貌调整层的摩尔组成为Si_aY_bTi_cZr_dLa_eO_f，颗粒形貌调整层厚度为5-30nm。其中：

0.00≤a≤0.40，0.01≤b≤0.10，0.00≤c≤0.40，0.00≤d≤0.40，0.01≤e≤0.05，0.55≤f≤0.70。

进一步的，所述金属层的摩尔组成为In_hAg_iSn_jTi_kCr_l，金属层厚度为5-40nm。

其中：

0.00≤h≤1.00，0.00≤i≤1.00，0.00≤j≤1.00，0.00≤k≤0.20，0.00≤l≤0.20。

进一步的，所述金属层为非连续薄膜，由独立的扁平岛状金属颗粒和颗粒之间的间隙构成，扁平岛状颗粒的宽厚比≥20，且扁平岛状颗粒之间的间隙≤20nm。

进一步的，所述保护层选择紫外光固化有机涂层，要求其可见光透过率≥80％。

进一步的，根据国标GTB3977-2008颜色表示方法，上述复合薄膜的银白色金属光泽在CIE-lab颜色表征系统中，其亮度值L^*≥88，-1≤a^*≤0，2≤b*≤5。

进一步的，上述复合薄膜用紫外-可见光-近红外分光光度计测试，在400-780nm可见光波段反射率≥70％，在400-2500nm可见-红外波段透过率≤20％。

进一步的，所述复合薄膜采用谐振腔测试法，在10GHz的介电损耗角正切tanδ≤0.05，电磁波衰减量≤-1dB，且对未覆盖保护层的复合薄膜中的金属层测试其表面电阻率≥20KΩ/sq。

本发明的效果

本发明目的在于提供一种高亮度银白色电磁波透过复合薄膜的制备方法，该复合薄膜呈现出高亮度银白色外观，且对电磁波具有良好的透过性。本发明中高亮度银白色电磁波透过复合薄膜采用磁控溅射法进行制备，相较于真空蒸镀法制备的薄膜，薄膜厚度容易控制，膜层厚度分布均匀，薄膜在衬底上附着力更强，且更容易实现大规模连续生产，具有很大的应用前景。

附图说明

图1(a)是本发明实施例1中高亮度银白色电磁波透过复合薄膜的截面示意图片。

图1(b)是本发明实施例1中高亮度银白色电磁波透过复合薄膜的扫描电子显微镜图片。

图2是本发明实施例1、实施例3、实施例7中高亮度银白色电磁波透过复合薄膜的400-780nm波长范围内反射率图片。

图3本发明实施例8中高亮度银白色电磁波透过复合薄膜的400-2500nm波长范围内透过率图片。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做清楚完整的描述，以使本领域的技术人员在不需要做出创造性劳动的条件下，能够充分实施本发明。

1、基本结构

图1(a)是本发明实施例1中高亮度银白色电磁波透过复合薄膜的截面示意图片。图1(b)是本发明实施例1中高亮度银白色电磁波透过复合薄膜的扫描电子显微镜图片。

高亮度银白色电磁波透过复合薄膜包含：有机物或无机物的高透光率的衬底层1；沉积于衬底层1上的氧化物或氮化物组成的颗粒形貌调整层2；沉积在颗粒形貌调整层2之上的金属层3，由扁平岛状颗粒和颗粒之间的间隙组成；最后是涂覆于金属层之上的紫外光固化有机保护层4。

2、衬底层

衬底层可以选择聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、亚克力(PMMA)、玻璃中的一种。这些材料作为衬底不会对复合薄膜的亮度和电磁波透过性能造成不良影响。

3、颗粒形貌调整层

颗粒形貌调整层是用于调控沉积其于其上层的金属层中的扁平岛状颗粒的形貌，可以根据不同的金属层而选择氧化物或氮化物组成的颗粒形貌调整层。通过设置颗粒形貌调整层，利用润湿性、表面扩散系数和晶面匹配性，对金属层的扁平岛状颗粒形貌调整层进行调控，形成具有较大宽厚比的扁平岛状颗粒构成的金属层，从而同时满足电磁波透过和高亮度银白色外观。从复合薄膜亮度、颜色外观以及电磁波透过性等方面考虑，颗粒形貌调整层厚度设置在5-30nm范围内。

4、金属层

金属层通过溅射的方式在颗粒形貌调整层上生长形成，包含处于彼此不连续状态的扁平岛状颗粒和扁平岛状颗粒之间的间隙，其中扁平岛状颗粒的宽厚比≥20，且扁平岛状颗粒之间的间隙≤20nm。

金属层内部的颗粒的宽厚比可通过调节磁控溅射的溅射时间、衬底温度以及选择不同颗粒形貌调整层来改变。为了能够使复合薄膜拥有高电磁波透过性的同时兼备高亮度银白色外观，需要将金属层内部的颗粒以扁平状设置，从而在不影响电磁波透过性的同时，抑制金属层内部颗粒对可见光的漫反射，增大镜面反射。

5、保护层

为了不影响复合薄膜的高亮度银白色外观，需要保护层的可见光透过率大于等于80％，同时从便于生产的角度考虑，优选紫外光固化有机涂层作为保护层，涂覆后可快速固化，并且不影响复合薄膜的其他性能。

实施例

以下，通过表1列举实施例参数和性能，对本发明进行更详细的说明。对于本发明中的高亮度银白色电磁波透过复合薄膜，准备了多个实施例试样，并评价了其组成、电磁波透过性、可见光反射率以及颜色外观等性能。

由表1实施例可知，本发明的高亮度银白色电磁波透过复合薄膜，采用溅射法制备，可以在各种高透光率的衬底层表面镀制高亮度银白色、且可透过电磁波的复合薄膜。

以上对本发明的实施例进行了描述，需要指出的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种高亮度银白色电磁波透过复合薄膜的制备方法，其特征在于：所述复合薄膜由衬底层、颗粒形貌调整层、金属层和保护层构成；其制备过程如下：

在去离子水和无水乙醇中超声清洗衬底层，然后用纯度≥99.99％的氮气快速吹干；将衬底层放入多靶溅射仪腔体内，抽真空使溅射仪腔体内真空度达到≤4×10^-4Pa，加热衬底层使其温度达到20～140℃，然后往溅射仪腔体内通入纯度≥99.99％的氩气，预溅射10min清洗靶材；再按照氩氮比1:0.01～0.1通入纯度≥99.99％的氮气溅射0.5～20min制备氮化物颗粒形貌调整层，或按照氩氧比1:0.02～0.1通入纯度≥99.99％的氧气溅射0.5～10min制备氧化物颗粒形貌调整层；随后停止通入氮气或氧气，再溅射0.5～10min制备金属层；溅射完成后在金属层表面涂覆保护层。

2.根据权利要求1所述的一种高亮度银白色电磁波透过复合薄膜的制备方法，其特征在于，所述衬底层包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、亚克力(PMMA)、玻璃中的一种，且衬底层可见光透过率≥88％。

3.根据权利要求1所述的一种高亮度银白色电磁波透过复合薄膜的制备方法，其特征在于，所述氮化物颗粒形貌调整层的摩尔组成为Si_xB_yAl_zN_w，颗粒形貌调整层厚度为5-30nm；其中：

0.30≤x≤0.45，0.05≤y≤0.20，0.05≤z≤0.20，0.45≤w≤0.60。

4.根据权利要求1所述的一种高亮度银白色电磁波透过复合薄膜的制备方法，其特征在于，所述氧化物颗粒形貌调整层的摩尔组成为Si_aY_bTi_cZr_dLa_eO_f，颗粒形貌调整层厚度为5-30nm；其中：

0.00≤a≤0.40，0.01≤b≤0.10，0.00≤c≤0.40，0.00≤d≤0.40，0.01≤e≤0.05，0.55≤f≤0.70。

5.根据权利要求1所述的一种高亮度银白色电磁波透过复合薄膜的制备方法，其特征在于，所述金属层的摩尔组成为In_hAg_iSn_jTi_kCr_l，金属层厚度为5-40nm。其中：

0.00≤h≤1.00，0.00≤i≤1.00，0.00≤j≤1.00，0.00≤k≤0.20，0.00≤l≤0.20。

6.根据权利要求1所述的一种高亮度银白色电磁波透过复合薄膜的制备方法，其特征在于，所述金属层为非连续薄膜，由独立的扁平岛状金属颗粒和颗粒之间的间隙构成，扁平岛状颗粒的宽厚比≥20，且扁平岛状颗粒之间的间隙≤20nm。

7.根据权利要求1所述的一种高亮度银白色电磁波透过复合薄膜的制备方法，其特征在于，所述保护层选择紫外光固化有机涂层，要求其可见光透过率≥80％。

8.根据权利要求1所述的一种高亮度银白色电磁波透过复合薄膜的制备方法，其特征在于，根据国标GTB3977-2008颜色表示方法，所述复合薄膜在CIE-lab颜色表征系统中，其亮度值L^*≥88，-1≤a^*≤0，2≤b^*≤5。

9.根据权利要求1所述的一种高亮度银白色电磁波透过复合薄膜的制备方法，其特征在于，所述复合薄膜用紫外-可见光-近红外分光光度计测试，在400-780nm可见光波段反射率≥70％，在400-2500nm可见-红外波段透过率≤20％。

10.根据权利要求1所述的一种高亮度银白色电磁波透过复合薄膜的制备方法，其特征在于，所述复合薄膜采用谐振腔测试法，在10GHz的介电损耗角正切tanδ≤0.05，电磁波衰减量≤-1dB；对未覆盖保护层的复合薄膜中的金属层测试其表面电阻率≥20KΩ/sq。

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