CN206990839U - 具有电磁屏蔽性能的硫系光学元件 - Google Patents
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Abstract
本实用新型是关于一种具有电磁屏蔽性能的硫系光学元件，其包括：硫系光学元件基层；无机膜层，附着在所述的基层上；有机涂层，附着在所述的无机膜层上；石墨烯透红外电磁屏蔽膜，附着在所述的有机涂层。本实用新型具有电磁屏蔽性能的硫系光学元件在1.06‑12μm的工作波段光吸收系数小，透光率高，电磁屏蔽效果强；其方块电阻小于35Ω/□，电磁屏蔽效能大于15dB，红外透过损耗小于3％。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种硫系光学元件，特别是涉及一种具有电磁屏蔽性能的硫系光学元件。
背景技术
硫系玻璃是一类性能优良的红外透过材料，在1.06μm、3-5μm、8-12μm三个主要红外大气窗口均具有较高的透过率和极低的折射率温度热系数。近年来，随着被动无热化设计在红外光学系统中的普及，硫系玻璃窗口及光学元件在各类红外成像、制导、探测系统中显示出较高的应用价值和广阔的应用前景。
在实际应用中，特别是在各类军用武器的红外光学系统中，为避免恶劣电磁环境对仪器设备的干扰，通常需在红外窗口或光学元件表面制备电磁屏蔽膜，使其在保证工作波长红外光波高透过率的前提下，对微波区电磁波具有一定的屏蔽作用。当前，在1.06-12μm波段之间均具有实用红外透光率的电磁屏蔽膜仅有刻蚀金属网栅一种，其工作原理是利用具有网格状结构的金属薄膜调和材料“高红外透过”和“高电导率”间的矛盾。金属网栅红外电磁屏蔽膜目前已在ZnS、蓝宝石、AlON及MgF2等多种红外窗口及光学器件上获得了现实应用，但其本身具有力学性能差、通光量低及莫尔干涉条纹等缺陷。同时，硫系玻璃窗口和光学元件本身属于一种软脆材料，其表面硬度低，机械强度相对较弱。因此，金属网栅制作过程中的“高速旋转涂胶”、“激光直写刻蚀掩膜”、“真空镀膜”及“有机溶剂去胶”等步骤极有可能对硫系玻璃的光学表面造成损伤，极大的增加了硫系玻璃窗口和光学元件实现电磁屏蔽功能的技术难度。
实用新型内容
本实用新型的主要目的在于，提供一种新型结构的具有电磁屏蔽性能的硫系光学元件，所要解决的技术问题是使其1.06-12μm波段具有较高透光率和较强电磁屏蔽效能，从而更加适于实用。
本实用新型的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本实用新型提出的一种具有电磁屏蔽性能的硫系光学元件，其包括：
硫系光学元件基层；
无机膜层，附着在所述的基层上；
有机涂层，附着在所述的无机膜层上；
石墨烯透红外电磁屏蔽膜，附着在所述的有机涂层。
本实用新型的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
优选的，前述的具有电磁屏蔽性能的硫系光学元件，其中所述的无机膜层的材料为SiO2、Al2O3或HfO2。
优选的，前述的具有电磁屏蔽性能的硫系光学元件，其中所述的有机涂层的材料为聚酰亚胺树脂或有机硅树脂。
优选的，前述的具有电磁屏蔽性能的硫系光学元件，其中所述的石墨烯透红外电磁屏蔽膜为制备在铜箔上的低缺陷石墨烯薄膜。
优选的，前述的具有电磁屏蔽性能的硫系光学元件，其中所述的无机膜层的材料为SiO2时，无机膜层的厚度为5-30nm。
优选的，前述的具有电磁屏蔽性能的硫系光学元件，其中所述的无机膜层的材料为Al2O3时，无机膜层的厚度为10-25nm。
优选的，前述的具有电磁屏蔽性能的硫系光学元件，其中所述的无机膜层的材料为HfO2时，无机膜层的厚度为10-30nm。
优选的，前述的具有电磁屏蔽性能的硫系光学元件，其中所述的有机涂层为聚酰亚胺树脂时，有机涂层的厚度为6-12μm。
优选的，前述的具有电磁屏蔽性能的硫系光学元件，其中所述的有机涂层为有机硅树脂时，有机涂层的厚度为8-12μm。
优选的，前述的具有电磁屏蔽性能的硫系光学元件，其中所述的石墨烯透红外电磁屏蔽膜的层数为3-10层。
借由上述技术方案，本实用新型具有电磁屏蔽性能的硫系光学元件至少具有下列优点：
1、本实用新型的具有电磁屏蔽性能的硫系光学元件在1.06-12μm的工作波段光吸收系数小，透光率高，电磁屏蔽效果强；其方块电阻小于35Ω/□，电磁屏蔽效能大于15dB，红外透过损耗小于3％。
2、本实用新型的具有电磁屏蔽性能的硫系光学元件的复合过渡层包括无机膜层和有机涂层，本实用新型的复合过渡层与石墨烯透红外电磁屏蔽膜和硫系光学元件基层粘接良好，且增加了本实用新型的光学元件的红外透光率。
3、本实用新型的石墨烯透红外电磁屏蔽膜无莫尔干涉条纹现象，能够降低应用于红外成像系统时的装配复杂度。
上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本实用新型具有电磁屏蔽性能的硫系光学元件的结构示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的具有电磁屏蔽性能的硫系光学元件其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
如图1所示，本实用新型的一个实施例提出的一种具有电磁屏蔽性能的硫系光学元件，其包括：
硫系光学元件基层1；
无机膜层2，附着在所述的基层上；
有机涂层3，附着在所述的无机膜层上；
石墨烯透红外电磁屏蔽膜4，附着在所述的有机涂层。
无机膜层2和有机涂层3为具有电磁屏蔽性能的硫系光学元件的复合过渡层。
较佳的本实用新型的实施例所述的无机膜层的材料为SiO2、Al2O3或HfO2。采用界面活性基团和化学键极性与之相近的无机材料为第一过渡层，以增强复合过渡层与硫系玻光学元件的粘接强度；无机膜层材料选取SiO2、Al2O3或HfO2能够兼顾膜层粘接强度和红外透光率。
较佳的本实用新型的实施例所述的有机涂层的材料为聚酰亚胺树脂或有机硅树脂。有机涂层选用与上述无机膜层及石墨烯薄膜均具有较强粘接强度的有机材料，聚酰亚胺树脂和有机硅树脂不易溶于后续处理用的有机溶剂且红外透过性能较高。聚酰亚胺树脂或有机硅树脂作为涂层时加入固化剂，其与固化剂的体积比为25-35：1。加入固化剂可以使有机涂层很快固化，且增加有机涂层硬度，使后面转移墨烯透红外电磁屏蔽膜时不破坏有机涂层
较佳的本实用新型的实施例石墨烯透红外电磁屏蔽膜为制备在铜箔上的低缺陷石墨烯薄膜。本实施例石墨烯透红外电磁屏蔽膜是由高纯石墨烯透明导电薄膜制成。
较佳的本实用新型的实施例所述的无机膜层的材料为SiO2时，无机膜层的厚度为5-30nm。
较佳的本实用新型的实施例所述的无机膜层的材料为Al2O3时，无机膜层的厚度为10-25nm。
较佳的本实用新型的实施例所述的无机膜层的材料为HfO2时，无机膜层的厚度为10-30nm。
较佳的本实用新型的实施例所述的有机涂层为聚酰亚胺树脂时，有机涂层的厚度为6-12μm。
较佳的本实用新型的实施例所述的有机涂层为有机硅树脂时，有机涂层的厚度为8-12μm。
较佳的本实用新型的实施例所述的石墨烯透红外电磁屏蔽膜的层数为3-10层。
与金属网栅相比，石墨烯薄膜具有更为优异的综合物理性能。独特的原子结构使石墨烯薄膜具有“超高载流子迁移率”、“极低光吸收率”以及“极强力学性能”等物理特性。理论计算结果表明，石墨烯的超高载流子迁移率使其在较低载流子浓度下即可获得优于金属网栅的电导率。根据“Drude-自由电子”理论，降低载流子浓度可以使导电薄膜的等离子波长红移，有效提高导电薄膜材料在红外波段的光学透过性能。因此，本实用新型的实用新型内容既是一类以石墨烯薄膜为屏蔽体材料的具有电磁屏蔽性能的硫系光学元件。同时，针对湿法刻蚀转移的石墨烯薄膜与基底之间附着力较差的问题，本实用新型中专门提出了一种复合过渡层，以提高石墨烯透红外电磁屏蔽膜在硫系玻璃表面的黏附强度。本实用新型硫系玻璃基层同时适用于其他红外光学材料。
实施例1
本实施例的具有电磁屏蔽性能的硫系光学元件包括：
硫系光学元件基层；
SiO2膜层，附着在所述的基层上，厚度为15nm；
有机硅树脂涂层，附着在所述的SiO2膜层上，厚度为10μm；
石墨烯透红外电磁屏蔽膜，附着在所述的有机硅树脂涂层，共4层。
该具有电磁屏蔽性能的硫系光学元件的方块电阻为30Ω/□，电磁屏蔽效能为16dB，红外透过损耗仅为2.9％。
实施例2
本实施例的具有电磁屏蔽性能的硫系光学元件包括：
硫系光学元件基层；
Al2O3膜层，附着在所述的基层上，厚度为10nm；
聚酰亚胺树脂涂层，附着在所述的Al2O3无机膜层上，厚度为8μm；
石墨烯透红外电磁屏蔽膜，附着在所述的聚酰亚胺树脂涂层，共3层。
该具有电磁屏蔽性能的硫系光学元件的方块电阻为29Ω/□，电磁屏蔽效能为18dB，红外透过损耗仅为2.8％。
实施例3
本实施例的具有电磁屏蔽性能的硫系光学元件包括：
硫系光学元件基层；
HfO2膜层，附着在所述的基层上，厚度为30nm；
聚酰亚胺树脂涂层，附着在所述的HfO2无机膜层上，厚度为12μm；
石墨烯透红外电磁屏蔽膜，附着在所述的聚酰亚胺树脂涂层，共10层。
该具有电磁屏蔽性能的硫系光学元件的方块电阻为33Ω/□，电磁屏蔽效能为20dB，红外透过损耗仅为2.5％。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种具有电磁屏蔽性能的硫系光学元件，其特征在于：其包括：
硫系光学元件基层；
无机膜层，附着在所述的基层上；
有机涂层，附着在所述的无机膜层上；
石墨烯透红外电磁屏蔽膜，附着在所述的有机涂层。
2.根据权利要求1所述的具有电磁屏蔽性能的硫系光学元件，其特征在于，所述的无机膜层的材料为SiO2、Al2O3或HfO2。
3.根据权利要求1所述的具有电磁屏蔽性能的硫系光学元件，其特征在于，所述的有机涂层的材料为聚酰亚胺树脂或有机硅树脂。
4.根据权利要求1所述的具有电磁屏蔽性能的硫系光学元件，其特征在于，所述的石墨烯透红外电磁屏蔽膜为制备在铜箔上的低缺陷石墨烯薄膜。
5.根据权利要求2所述的具有电磁屏蔽性能的硫系光学元件，其特征在于，所述的无机膜层的材料为SiO2时，无机膜层的厚度为5-30nm。
6.根据权利要求2所述的具有电磁屏蔽性能的硫系光学元件，其特征在于，所述的无机膜层的材料为Al2O3时，无机膜层的厚度为10-25nm。
7.根据权利要求2所述的具有电磁屏蔽性能的硫系光学元件，其特征在于，所述的无机膜层的材料为HfO2时，无机膜层的厚度为10-30nm。
8.根据权利要求3所述的具有电磁屏蔽性能的硫系光学元件，其特征在于，所述的有机涂层为聚酰亚胺树脂时，有机涂层的厚度为6-12μm。
9.根据权利要求3所述的具有电磁屏蔽性能的硫系光学元件，其特征在于，所述的有机涂层为有机硅树脂时，有机涂层的厚度为8-12μm。
10.根据权利要求1所述的具有电磁屏蔽性能的硫系光学元件，其特征在于，所述的石墨烯透红外电磁屏蔽膜的层数为3-10层。
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| CN109696716A (zh) * | 2019-01-15 | 2019-04-30 | 西安应用光学研究所 | 一种超宽角度激光、长波红外双波段高强减反射膜的膜系结构 |
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