电镀效果传统物理法与纳米喷涂法镀膜技术有何区别?
目前,物理法光学薄膜基本是一个封闭的技术领域,从科学的角度,学术外延不广。而化学法光学薄膜得益于纳米材料和新能源技术的迅猛发展,正面临源源不断的新需求和新挑战,潜力巨大,是一个值得大力投入的方向。
化学法分为化学气相沉积和液相外延两种。理论上,化学气相沉积法可以做到的薄膜,液相外延法均可以做到。液相外延法主要指纳米喷涂法(Sol-Gel):将光学基片以某种方式与预配好的镀膜液(胶体或溶液)接触并渐次通过液体区,利用溶剂挥发速度和液体流动速度的匹配,在基片表面形成一层不能够流动的沉积层。
纳米喷涂法镀膜精度不如物理法,但设备投资少,维护费用低,是轻资产人才密集型项目。纳米喷涂法与物理法二者互为补充,各有优缺点,一旦结合,有可能创新出性能优越、单一方法难以制备的薄膜材料。
纳米化学法成为首选
纳米喷涂化学是古老的胶体化学的一个现代分支。自从几十年前有机硅醇盐的诞生以来,以二氧化硅颗粒的硅醇盐路线合成为起始和代表的纳米喷涂化学把古老的胶体化学推动到了崭新的发展阶段,纳米喷涂化学就此展开其众多的研究分支和丰富多彩的应用领域。
溶胶本身包含“由溶液到胶体”的意思,即从单相的溶液体系通过一定的化学反应逐渐生成胶体粒子,从而形成胶体分散体系,如果化学反应持续进行,胶体粒子就会不断长大直至溶胶失去流动性形成凝胶,或者,通过外加干涉的办法强行凝胶化,这就是制备光学薄膜所采用的路线。
虽然纳米喷涂化学是一个应用性很强的研究领域,但鉴于其化学基础研究涉及溶液中的化学反应动力学、胶体成核理论、胶体粒子生长理论以及多相体系的化学反应,是一个相当复杂的过程,同时由于胶体粒子尺寸处于纳米尺度,在微观结构表征方面也存在相当的难度,所以研究纳米喷涂化学基础又是极有挑战性的工作。
纳米喷涂法用于镀制光学薄膜最早出现在上世纪六十年代末,Stöber等人利用TEOS在乙醇溶剂中在氨水催化下的水解和缩聚制备了球型单分散的SiO2颗粒,并由此制备了第一个减反射膜。之后不久,1969年,Schroeder就单层和多层纳米喷涂薄膜发展了一套薄膜物理。在1994年的《Laser Focus World》第九期,Thomas V. Higgins发表了一篇关于光学薄膜及薄膜光学的简单回顾。从Fresnel提出著名的物理光学Fresnel方程,到Maxwell提出电磁理论,Lorentz提出电磁辐射的偶极模型,直至William T. Doyle把Fresnel方程用电磁场理论重新表达,薄膜光学形成了统一的理论体系。但此时,纳米喷涂法在光学薄膜领域并未占有多少分量。
纳米喷涂法镀膜作为一种可能的替代技术获得了较大发展。纳米喷涂法法成为高能量激光器光学系统的首选镀膜方法。
纳米喷涂法镀膜工艺
作为液相外延法,纳米喷涂镀膜可以使用多种镀膜工艺,包括提拉法(dip-coating)、旋涂法(spin-coating)、喷涂法(spray-coating)、弯月面法(meniscus-coating)等方法。无论采取哪种镀制技术,薄膜的成膜机理是一致的,在制备过程中要严格控制沉积参数和环境条
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