新型氟硅烷嫁接的介孔氧化硅光學(xué)減反膜

在高功率激光系統(tǒng)中需要用到大量光學(xué)元件，當(dāng)激光穿過這些元件時(shí)會(huì)在其表面產(chǎn)生光學(xué)損失，因此需要在元件的表面鍍制光學(xué)減反膜。傳統(tǒng)溶膠凝膠法制備的多孔氧化硅光學(xué)減反膜在高真空中使用時(shí)，極易吸附環(huán)境中的有機(jī)污染物，從而在使用一段時(shí)間之后光學(xué)性能下降甚至消失。中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所的一個(gè)課題組制備了一種新型的具有較好環(huán)境穩(wěn)定性的光學(xué)減反膜。

該研究中采用正硅酸乙酯為硅源，在表面活性劑F127為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑下經(jīng)蒸發(fā)誘導(dǎo)自組裝過程制備了籠型有序介孔氧化硅薄膜，后采用長鏈氟硅烷氣相嫁接，使薄膜形成疏油表面和內(nèi)部相對封閉的孔道結(jié)構(gòu)，從而有效地阻擋污染物進(jìn)入，提高薄膜的環(huán)境穩(wěn)定性。測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)該薄膜具有規(guī)整有序的孔道排列，歸屬于體心立方結(jié)構(gòu)。在石英玻璃基底上光學(xué)透射率高達(dá)99.98 %;在高真空含有二甲基硅油蒸汽的環(huán)境中污染一個(gè)月，透射率僅降低0.02 %;而且該減反膜在1053 nm激光1 ns下激光損傷閾值達(dá)28 J/cm2。因此有潛力作為一種新型的光學(xué)減反膜用于高功率激光系統(tǒng)中。

利用北京同步輻射裝置(BSRF)GISAXS實(shí)驗(yàn)技術(shù)解析了有序介孔薄膜的結(jié)構(gòu)以及改變制備工藝時(shí)薄膜的結(jié)構(gòu)演變。在本體系中，當(dāng)表面活性劑與硅源的摩爾比為0.005時(shí)，薄膜為體心立方結(jié)構(gòu)，增大表面活性劑含量，薄膜的結(jié)構(gòu)得到保持但有序性下降。

這個(gè)研究為解決高功率激光系統(tǒng)中光學(xué)減反膜的環(huán)境穩(wěn)定性問題提供了新思路。在同步輻射小角散射、衍射、漫散射裝置的幫助下，該研究組深入地解析了不同制備條件和方法下有序介孔薄膜的結(jié)構(gòu)變化。中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)所徐耀研究員這樣描述他們的工作：“由于光學(xué)薄膜載體的影響，薄膜精細(xì)微結(jié)構(gòu)表征手段較少，一直以來，使得我們對特殊使用環(huán)境下薄膜結(jié)構(gòu)演變認(rèn)識(shí)不夠深入。同步輻射裝置提供了無損、高效、信息豐富的測試方法，通過工藝調(diào)控便于對薄膜的結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確控制。因此，高亮度、高準(zhǔn)直的同步輻射光束線將有助于我們更快更準(zhǔn)確地解析薄膜結(jié)構(gòu)”。