CN117930407A - 一种高性能反射镜及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高性能反射镜及其制备方法与应用。所述高性能反射镜包括Ti49Zr23Cu12Ni8Nb6Hf2(at.％)非晶合金基底、Ag82.66Zr12.64Ni4.66Y0.04(at.％)反射膜。所述高性能反射镜是由PEPVD在Ti49Zr23Cu12Ni8Nb6Hf2(at.％)非晶合金基底表面沉积Ag82.66Zr12.64Ni4.66Y0.04(at.％)反射膜。本发明提供的高性能反射镜具有优异地光学、力学等性能，可应用于结构功能一体化的生物医疗、机器视觉、照明工程等领域，尤其反射特性在雷达、光学成像和计量检测上有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于光学元件技术领域，具体涉及一种高性能反射镜及其制备方法与应用。
背景技术
天文望远镜作为人类观察宇宙的重要工具，其探测能力和空间分辨率主要受主镜性能的限制。因此，随着科学技术的发展，高性能主镜已成为行业关注焦点。一般情况下，主镜需要满足两个要求：1)宽光谱带高反射率，即宽观测波段范围内反射镜具备尽可能高的反射率，2)长服役性能，即环境稳定性优良。
银膜由于其卓越的光学特性，尤其在反射性能上表现突出，具有极高的反射率，这使得它在众多光学应用中占据重要地位，比如制造高效能的银反光镜。目前，通过业界较为成熟的真空镀膜技术或化学还原反应方法，能够在不同基底材料上成功沉积出均匀且连续的银薄膜结构，从而实现高质量银反光镜的制备。
银反光镜的基底材料可以根据不同的应用场景和需求来选择，通常可以采用多种材料作为基底。在光学和精密仪器制造中，常见的基底材料包括：
玻璃：例如高纯度石英玻璃或硼硅酸盐玻璃，这些材料透明度高、热稳定性好且化学稳定性强，是制作平面或曲面反射镜的理想基材。
硅：在半导体和微电子行业中，单晶硅因其优异的机械性能、热稳定性和与半导体工艺兼容性，常被用作镀制银膜或其他金属膜的基底。
聚合物薄膜：在需要轻量化、柔韧性或者低成本应用场合，可以选择聚合物薄膜如PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PC(聚碳酸酯)等作为基底，然后在其上镀银以形成聚合物反射镜。
金属合金：某些情况下，也可能会使用其他金属或合金作为基底，特别是对于要求耐高温、耐腐蚀的特殊环境。
然而，无论采用何种基底，银膜与基底间的结合力是决定反光镜长期稳定性和耐用度的核心问题。银膜与基底之间必须形成牢固的界面结合，才能确保反光镜在各种环境条件下，如温度变化、湿度影响及机械应力下保持长久稳定的光学性能，不出现剥离、失效等现象。如何制备光学性能优、环境稳定性好、使用寿命长的高性能反射镜一直是天文望远镜主镜的技术挑战。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种高性能反射镜及其制备方法与应用，以克服现有技术的不足。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：一种高性能反射镜，包括非晶合金基底和沉积在所述非晶合金基底上的银基反射膜；所述非晶合金基底为Ti49Zr23Cu12Ni8Nb6Hf2(at.％)，所述银基反射膜为Ag82.66Zr12.64Ni4.66Y0.04(at.％)；所述Ag82.66Zr12.64Ni4.66Y0.04反射膜的厚度为50nm～200nm；Ti49Zr23Cu12Ni8Nb6Hf2(at.％)非晶合金基底具有高强度重量比和硬度，是传统晶体金属合金弹性极限的三倍；同时，Ag82.66Zr12.64Ni4.66Y0.04(at.％)反射膜在400～1700nm波长范围具有优异的反射率和环境稳定性。
进一步地，所述Ag82.66Zr12.64Ni4.66Y0.04反射膜的厚度为100nm～150nm。
本发明还提供上述高性能反射镜的制备方法，包括：
至少采用蒸发型离子镀膜、磁控溅射离子镀膜、弧光放电离子镀膜中的任一种方式在Ti49Zr23Cu12Ni8Nb6Hf2非晶合金基底表面沉积Ag82.66Zr12.64Ni4.66Y0.04反射膜；从而制得高性能反射镜。其中，Ag82.66Zr12.64Ni4.66Y0.04(at.％)涂层因表面稀土成分的局域变化导致的非均匀形核，与Ti49Zr23Cu12Ni8Nb6 Hf2(at.％)非晶合金各向异性原子排列，原子或团簇在表面扩散时形成网络状的原子链，导致晶向扩散机制改变，激活能显著提高，从而增强Ag82.66Zr12.64Ni4.66Y0.04反射膜与Ti49Zr23Cu12Ni8Nb6 Hf2(at.％)非晶合金基底的结合力。
进一步地，采用IBAD在Ti49Zr23Cu12Ni8Nb6Hf2非晶合金基底表面沉积Ag82.66Zr12.64Ni4.66Y0.04反射膜。
本发明实施例还提供了所述高性能反射镜于结构功能一体化的生物医疗、机器视觉、照明工程等领域，尤其反射特性在雷达、光学成像和计量检测上有广阔的应用前景。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明首次在Ti49Zr23Cu12Ni8Nb6Hf2非晶合金基底表面沉积Ag82.66Zr12.64Ni4.66Y0.04反射膜，有效增强了两者之间的结合力，保证了反光镜的长服役性能。
(2)本发明的Ti49Zr23Cu12Ni8Nb6Hf2非晶合金基底由于非晶特有的性质，将会赋予反射镜诸多的新性能，如硬度、高强韧性和机械稳定性等性能；
(3)本发明的Ag82.66Zr12.64Ni4.66Y0.04反射膜由于其材料的特殊性质，将会赋予反射镜诸多的新性能，如高反射率、环境稳定性；
(4)本发明的高性能反射镜因其高反射率和环境稳定性，使其在生物医疗、机器视觉、照明工程等领域上具有广阔的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例1中制备的一种高性能反射镜的样品图；
图2是本发明实施例1中制备的一种高性能反射镜的SEM图；从图中可以看出，反射膜具有层状结构，证明反射膜表面均匀且致密；
图3是本发明实施例1中制备的一种高性能反射镜表面粗糙度图；
图4是本发明实施例1中Ti49Zr23Cu12Ni8Nb6Hf2(at.％)非晶合金基底与Ag82.66Zr12.64Ni4.66Y0.04(at.％)反射膜膜基结合力图；
图5是本发明实施例1中制备的一种高性能反射镜在400～1700nm波长范围的反射率图。
具体实施方式
鉴于现有技术的缺陷，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案，下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
具体的，作为本发明技术方案的一个方面，其所涉及的一种高性能反射镜包括Ti49Zr23Cu12Ni8Nb6 Hf2(at.％)非晶合金基底、Ag82.66Zr12.64Ni4.66Y0.04(at.％)反射膜。所述高性能反射镜在Ti49Zr23Cu12Ni8Nb6Hf2(at.％)非晶合金基底表面沉积Ag82.66Zr12.64Ni4.66Y0.04(at.％)反射膜。
在一些优选实施方案中，所述Ag82.66Zr12.64Ni4.66Y0.04反射膜的厚度为50nm～200nm。
进一步地，所述Ag82.66Zr12.64Ni4.66Y0.04反射膜的厚度为100nm～150nm。
本发明实施例的另一个方面还提供了所述的高性能反射镜的制备方法，其包括：
至少采用蒸发型离子镀膜、磁控溅射离子镀膜、弧光放电离子镀膜中的任一种方式在Ti49Zr23Cu12Ni8Nb6Hf2非晶合金基底表面沉积Ag82.66Zr12.64Ni4.66Y0.04反射膜；
在一些优选实施方案中，所述制备方法具体包括：采用IBAD在Ti49Zr23Cu12Ni8Nb6Hf2非晶合金基底表面沉积Ag82.66Zr12.64Ni4.66Y0.04反射膜。
本发明实施例的另一个方面还提供了所述的高性能反射镜于结构功能一体化的生物医疗、机器视觉、照明工程等领域，尤其反射特性在雷达、光学成像和计量检测上有广阔的应用前景。
下面结合若干优选实施例及附图对本发明的技术方案做进一步详细说明，本实施例在以发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
下面所用的实施例中所采用的实验材料，如无特殊说明，均可由常规的生化试剂公司购买得到。其中，Ag82.66Zr12.64Ni4.66Y0.04靶材和Ti49Zr23Cu12Ni8Nb6Hf2非晶合金衬底，均可以采用成熟的真空熔炼法和粉末冶金法获得。
实施例1
本实施例中，高性能反射镜：采用IBAD在Ti49Zr23Cu12Ni8Nb6Hf2(at.％)非晶合金基底表面沉积Ag82.66Zr12.64Ni4.66Y0.04(at.％)反射膜，其制备方法如下:
IBAD制备前将Ag82.66Zr12.64Ni4.66Y0.04靶材用银胶固定在靶台上，Ti49Zr23Cu12Ni8Nb6Hf2非晶合金衬底依次用丙酮、乙醇和去离子水进行10min超声清洗后用导电胶固定在旋转样品台上，将腔体真空抽至2×10-4Pa以下气压后，开启氩气使腔体气压达到2.2～2.6×10-2Pa，过几分钟后气压稳定，开启辅源，辅源能量一般为550eV，电流为20mA左右，等电压电流稳定后开启样品挡板对衬底进行离子束减薄清洗，一般清洗时间在10～300s。清洗完毕后关闭挡板，打开主源，主源能量控制在500～850eV左右，电流控制在1～50mA，对靶材表面进行离子减薄清洗，一般清洗时间在180～600s。靶材清洗完成后打开样品挡板，设置样品台转速10r/min，开始镀膜，主源能量一般为700eV，电流50mA左右，控制沉积速率11.8nm/min，在Ti49Zr23Cu12Ni8Nb6Hf2非晶合金基底表面沉积Ag82.66Zr12.64Ni4.66Y0.04反射膜。
实施例2
本实施例中，高性能反射镜：采用磁控溅射在Ti49Zr23Cu12Ni8Nb6Hf2(at.％)非晶合金基底表面沉积Ag82.66Zr12.64Ni4.66Y0.04(at.％)反射膜，其制备方法如下:
磁控溅射制备前使用丙酮、乙醇和去离子水依次对Ti49Zr23Cu12Ni8Nb6Hf2非晶合金基底进行10min超声清洗，然后用氮气吹干。将超声清洗后的Ti49Zr23Cu12Ni8Nb6Hf2非晶合金基底用螺丝固定托盘完毕后放入真空室内，真空室抽真空至1×10-4Pa以下后，通入氩气，调节腔内气压为0.7Pa，开启电源，施加样品基板负偏压使氩气产生等离子体，对Ti49Zr23Cu12Ni8Nb6Hf2非晶合金基底进行10～20min的刻蚀清洗。待刻蚀清洗完毕后，真空室抽真空至8×10-5Pa以下后，由直流电源驱动，在基底上施加直流负偏压，对Ag82.66Zr12.64Ni4.66Y0.04靶材进行刻蚀清洗，一般时间为15～30min。待靶材刻蚀清洗完毕后，打开挡板，在基底上施加50V以下的直流负偏压，设置样品台温度为400℃，样品台转速设置为10r/min，控制沉积速率为2.3μm/h，在Ti49Zr23Cu12Ni8Nb6Hf2非晶合金基底表面沉积Ag82.66Zr12.64Ni4.66Y0.04反射膜。
实施例3
本实施例中，高性能反射镜：采用真空蒸镀在Ti49Zr23Cu12Ni8Nb6Hf2(at.％)非晶合金基底表面沉积Ag82.66Zr12.64Ni4.66Y0.04(at.％)反射膜，其制备方法如下:
真空蒸镀制备前使用丙酮、乙醇和去离子水依次对Ti49Zr23Cu12Ni8Nb6Hf2非晶合金基底进行10min超声清洗，然后用氮气吹干。将超声清洗后的Ti49Zr23Cu12Ni8Nb6Hf2非晶合金基底用螺丝固定托盘完毕后放入真空室内，将尺寸为2～3mm的高纯度Ag，Zr，Ni，Y颗粒(99.99％纯度)放入石英坩埚中作为原料。待真空室抽真空至2×10-4Pa以下后，坩埚的温度约为1400～1600℃，蒸发速率保持在左右加热石英坩埚以蒸发Ag，Zr，Ni，Y颗粒并在Ti49Zr23Cu12Ni8Nb6Hf2非晶合金基底表面沉积Ag82.66Zr12.64Ni4.66Y0.04反射膜。
实施例4
本实施例中，高性能反射镜：采用PLD在Ti49Zr23Cu12Ni8Nb6Hf2(at.％)非晶合金基底表面沉积Ag82.66Zr12.64Ni4.66Y0.04(at.％)反射膜，其制备方法如下:
PLD制备前将依次用丙酮、乙醇和去离子水进行10min超声清洗后的Ti49Zr23Cu12Ni8Nb6Hf2非晶合金基底固定在样品台上，随后将腔体抽真空至1×10-5Pa以下，随后开始调节激光器，在有安全防护的条件下将激光器能量控制在350～420mJ左右，每秒1～10个脉冲频率，激光稳定后移开窗口挡板将激光引入腔室Ag82.66Zr12.64Ni4.66Y0.04靶材正中心，使靶材表面打出的等离子体尾焰正好落在Ti49Zr23Cu12Ni8Nb6Hf2非晶合金基底上，从而在Ti49Zr23Cu12Ni8Nb6Hf2非晶合金基底表面沉积Ag82.66Zr12.64Ni4.66Y0.04反射膜。
对比例1
本例同实施例1，区别在于，采用的基底为Zr50Cu25Al25非晶合金基底。
对比例2
本例同实施例1，区别在于，采用的靶材为Ag82.66Zr12.64Ni4.66Sn0.04。
将以上实施例1-4得到的反射镜以及对比例1-2得到的反射镜置于温度为-50℃的极端环境(空气环境)下进行测试，测试结果如表1所示。
表1
注：厚度通过台阶仪测量获得。
由上可知，本发明特定构成的反射膜通过在特定成分非晶合金表面的非均匀形核，与Ti49Zr23Cu12Ni8Nb6 Hf2(at.％)非晶合金各向异性原子排列，原子或团簇在表面扩散时形成网络状的原子链，导致晶向扩散机制改变，激活能显著提高，不仅能降低氧化带来的反射率损耗，还能增强Ag82.66Zr12.64Ni4.66Y0.04反射膜与Ti49Zr23Cu12Ni8Nb6 Hf2(at.％)非晶合金基底的结合力，显著提升在极端环境下的服役时间。
应当理解，本发明的技术方案不限于上述具体实施案例的限制，凡是在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落于本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种高性能反射镜，其特征在于，包括非晶合金基底和沉积在所述非晶合金基底上的银基反射膜；所述非晶合金基底为Ti49Zr23Cu12Ni8Nb6 Hf2(at.％)，所述银基反射膜为Ag82.66Zr12.64Ni4.66Y0.04(at.％)；所述Ag82.66Zr12.64Ni4.66Y0.04反射膜的厚度为50nm～200nm。
2.根据权利要求1所述的高性能反射镜，其特征在于所述Ag82.66Zr12.64Ni4.66Y0.04反射膜的厚度为100nm～150nm。
3.权利要求1-2中任一项所述的高性能反射镜的制备方法，其特征在于，包括：
至少采用蒸发型离子镀膜、磁控溅射离子镀膜、弧光放电离子镀膜中的任一种方式在Ti49Zr23Cu12Ni8Nb6Hf2非晶合金基底表面沉积Ag82.66Zr12.64Ni4.66Y0.04反射膜；从而制得高性能反射镜。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于具体包括：采用IBAD在Ti49Zr23Cu12Ni8Nb6Hf2非晶合金基底表面沉积Ag82.66Zr12.64Ni4.66Y0.04反射膜。
5.权利要求1-2中任一项所述的高性能反射镜于结构功能一体化的生物医疗、机器视觉、照明工程等领域，尤其反射特性在雷达、光学成像、计量检测中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410125793.3A CN117930407A (zh) | 2024-01-30 | 2024-01-30 | 一种高性能反射镜及其制备方法与应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410125793.3A CN117930407A (zh) | 2024-01-30 | 2024-01-30 | 一种高性能反射镜及其制备方法与应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117930407A true CN117930407A (zh) | 2024-04-26 |
Family
ID=90760969
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202410125793.3A Pending CN117930407A (zh) | 2024-01-30 | 2024-01-30 | 一种高性能反射镜及其制备方法与应用 |
Country Status (1)
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-
2024
- 2024-01-30 CN CN202410125793.3A patent/CN117930407A/zh active Pending
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