近期，中科院合肥研究院固體所科研人員基於紅外基底，採用溶膠凝膠法實現了多種紅外减反膜的製備。相關研究成果分別以“Preparation of double-layer two wavelength infrared antireflective coating on CdSe substrate”和“Sol-gel preparation of high transmittance of infrared antireflective coating for TeO2 crystals”為題發表在Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects（Colloid. Surface. A，628，127329（2021））和Infrared Physics and Technology（Infrared Phys. Techn.，118，103881（2021））上。
紅外光學元件由於基底資料折射率比較高，在其表面往往存在著嚴重的反射，這會大大减少紅外光的透過率。為了最大程度地新增紅外光的透過，需要在其表面鍍制减反膜。現時，紅外减反膜通常採用物理法，如磁控濺射、真空熱蒸發以及離子束蒸發等科技來製備。但這些方法不僅鍍膜成本高，而且獲得的紅外减反膜在高溫輻照的環境下易脫落。而採用溶膠凝膠法鍍膜獲得的膜層為多孔結構，可有效緩解高溫能量衝擊，其被認為是一種具有發展前景的製備耐高溫輻照膜層的有效方法。然而，由於紅外减反所需的膜層較厚，厚度的新增會導致薄膜在退火過程中開裂，囙此，採用溶膠凝膠法制備出紅外波段减反膜極具挑戰。
研究人員以紅外資料CdSe為基底，通過合理設計溶膠成分以及加入添加劑，成功地製備了兩波段雙層紅外减反膜，該膜層底層為多孔TiO2膜，頂層為Si（Ti）O2顆粒膜，孔徑及顆粒尺寸均在20 mm以內。鍍膜後可以實現在2μm和2.5μm兩個波段的同時减反，反射率分別為2.1%和2.8%；在1.8μm-2.6μm寬波段平均反射率為2.6%，比未鍍膜樣品降低了27%。該减反膜在高溫400 oC以及低溫-16 oC冷熱衝擊10次，仍保持完好不開裂，表現出良好的耐高低溫效能。
圖1.CdSe基底上雙層减反膜的SEM影像以及鍍膜前後的反射光譜。
此外，研究人員以紅外資料TeO2為基底，結合理論計算，通過調控溶膠成分製備了折射率優化的Si-Ti-PEG600以及Si-Ti-PVA兩種减反膜，並探討了添加劑對膜層結構及熱穩定的影響。結果表明，兩種膜層均表現出高透過率，最佳透過率接近100%，减反峰值波長在1550nm-2460nm之間可調；膜層表面的低粗糙度有效抑制了表面反射。同時，膜層表現出良好的耐水性和耐高低溫性，可耐受的光功率密度分別為3.53×106 W/cm2和3.40×106 W/cm2（2.79μm，3Hz）。
圖2.TeO2基底未經鍍膜以及鍍Si-Ti-PVA减反膜後的透過光譜。
圖3.TeO2基底未經鍍膜以及鍍Si-Ti-PEG600减反膜後的透過光譜。
上述工作得到了十四五裝備預研重點實驗室基金項目和國家自然科學基金委基金項目的支持。
文章連結：
https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2021.127329
https://doi.org/10.1016/j.infrared.2021.103881
以上內容來源於【中國科學院合肥物質科學研究院固體物理研究所】官網：http://www.issp.cas.cn/gts/xwzx/kyjz/202109/t20210908_661128.html
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