CN112114389A - 一种隔热增透膜及其制备方法和用途 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种隔热增透膜及其制备方法和应用，所述隔热增透膜包括：依次排列的全介质减反膜系1、复合近红外反射膜系以及全介质减反膜系2；其中，所述复合近红外反射膜系由近红外反射膜和包裹在所述近红外反射膜两侧的全介质过渡膜组成。本发明获得的隔热增透膜实现了对于近红外波段的隔热效果，保护仪器工作或人眼免受热量堆积的干扰，大幅提高相应镜片或元件的使用寿命，同时实现了膜层的可见光高透过性，成本低廉，制备工艺简便，具有广泛的应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及光学膜制备技术领域，具体涉及一种隔热增透膜及其制备方法和用途。
背景技术
增透膜是光学薄膜领域应用范围最广的一种薄膜，用以减少基底与空气界面折射率不匹配引起的反射从而增加光线的透射，已广泛应用于显示、成像、眼镜片制备等诸多领域。目前，增透膜主要有干涉膜层或折射率渐变的光学微纳结构膜两种。其中，干涉膜层有单层、双层、多层之分，以对应不同的带宽以及增透效果要求；折射率渐变的光学微纳结构膜一般为单层薄膜，由低折射率膜层或基底形成。双层或多层干涉增透膜由高低折射率交替的膜堆堆叠而成。通过上述方式获得的增透膜可实现基板整体透过率97％以上(双面反射小于3％)，甚至98.5％以上(双面反射小于1.5％)。
由于人眼可视范围为可见光波段，因此，常见的可见光波段增透膜对近红外波段无明确调制，然而由于太阳光光谱覆盖了紫外-可见-近红外波段，其中近红外波段能量占50％左右，故需要将近红外能量隔绝以避免不要的热量堆积。然而目前现有技术中缺乏阻隔近红外波段的隔热增透膜层，这是本领域亟需解决的技术问题。
发明内容
为克服现有技术缺陷，本发明旨在于提供一种隔热增透膜及其制备方法和用途，有效提高光透射率的同时能够显著隔热。
本发明的技术方案是通过以下方式实现的：
本发明的第一方面提供了一种隔热增透膜，包括：依次排列的全介质减反膜系1、复合近红外反射膜系以及全介质减反膜系2；其中，所述复合近红外反射膜系由近红外反射膜和包裹在所述近红外反射膜两侧的全介质过渡膜组成；
进一步的，全介质减反膜系1和全介质减反膜系2均由高折射率材料层以及低折射率材料层交替堆积形成；更进一步的，所述全介质减反膜系2的最外层为低折射率材料层；
更进一步的，所述高折射率材料选自二氧化钛、二氧化铪、五氧化二钽、氮化硅、硫化锌中任意一种或几种；进一步优选的，所述高折射率材料为二氧化钛；更进一步的，所述低折射率材料选自二氧化硅、三氧化二铝、氟化物中的任意一种或几种；进一步优选的，所述低折射率材料为二氧化硅；
更进一步的，所述全介质减反膜层1为2～35层；优选的，所述全介质减反膜层1为6～24层；
更进一步的，所述全介质减反膜层2为2～12层；优选的，所述全介质减反膜层2为2～8层；
更进一步的，所述全介质减反膜层1和全介质减反膜层2中，高折射率材料膜层厚度为6～180nm；进一步优选的，所述高折射率材料膜层厚度为8～120nm；更进一步的，所述全介质减反膜层1和全介质减反膜层2中，低折射率材料膜层厚度为6～300nm；进一步优选的，所述低折射率材料膜层厚度为10～260nm；
进一步的，复合近红外反射膜系中，所述全介质过渡膜材料包括但不限于Al2O3，SiO2，ZrO2中的任意一种或几种；
更进一步的，复合近红外反射膜系中，所述全介质过渡膜为0～6层；优选的，所述全介质过渡膜为0～2层；
更进一步的，复合近红外反射膜系中，所述全介质过渡膜层厚度为6～300nm；优选的，所述全介质过渡膜层厚度为8～120nm；
进一步的，复合近红外反射膜系中，所述近红外反射膜的材料为金属材料；进一步优选的，所述金属材料为银、铝、金、铜、锌、镍、铬中的任意一种或几种组成的合金；更优选的，所述金属材料为银或Ag-Al合金，其中，Ag占Ag-Al合金摩尔分数的90～97％；
更进一步的，复合近红外反射膜系中，所述近红外反射膜的厚度为5～35nm；
本发明的第二方面提供了一种隔热增透镜片，包括：基底镜片以及在其两侧设置的光学膜，其中，至少一侧光学膜为上述隔热增透膜，且所述隔热增透膜中的全介质减反膜系1紧贴基底镜片；
进一步的，另一侧光学膜为常规增透膜或上述隔热增透膜；
进一步的，所述基底镜片为玻璃镜片、树脂镜片或塑料镜片；
进一步的，所述隔热增透镜片，在400nm-700nm波段光透过率大于等于95％，且在800nm-2500nm波段光透过率小于等于40％；进一步优选的，所述隔热增透镜片，在400nm-700nm波段光透过率大于等于97％，且在800nm-2500nm波段透光过率小于等于30％；更优选，所述隔热增透镜片，在400nm-700nm波段光透过率大于等于98％，且在800nm-2500nm波段光透过率小于等于20％；
本发明的第三方面提供了一种上述隔热增透镜片的制备方法：
S1：根据上述对于隔热增透镜片光透过率具体要求，选择恰当的高低折射率材料、金属材料以及镜片设计出符合要求的隔热增透膜系；
S2：将上述镜片用乙醇擦拭清洗，然后将其置于真空镀膜设备中，根据上述S1设计的膜系，严格控制沉积参数，在镜片的一侧或两侧沉积上述隔热增透膜系，沉积完成后，即得。
本发明的第四方面提供了一种上述隔热增透镜片的用途，可将其用于制备眼镜、护目镜、光学仪器或带有镜片的头盔。
有益效果
本发明的隔热增透膜及其镜片，具有以下技术优点：
(1)通过在隔热增透膜中添加超薄金属层作为近红外反射层实现了对于近红外波段的隔热效果，大幅提高相应镜片或元件的使用寿命；
(2)通过将高低折射率材料与上述近红外层匹配使用，在阻隔红外光满足隔热的同时，实现了膜层的可见光高透过性，满足制备不同镜片透光性的需要；
(3)该隔热增透膜选用材料成本低廉，制备工艺简便，便于大规模、批量化生产，广泛应用于显示、成像、眼镜、生命医学等领域。
附图说明
图1是本发明实施例1制备的一种隔热增透膜的结构示意图
全介质减反膜系1(101)、复合近红外反射膜系(102)、全介质减反膜系2(103)
图2为本发明实施例1中1.2获得的隔热增透镜片结构示意图
(a)为隔热的增透镜片的剖视图，(b)为隔热的增透镜片的拆解图；(a)、(b)中均由基底镜片(1)、隔热增透膜(2)、常规增透膜(3)组成
图3为本发明实施例1中1.2获得的隔热增透镜片的透射光谱
图4为本发明实施例1中1.3获得的隔热增透镜片的透射光谱
图5为本发明实施例2中2.2获得的隔热增透镜片的透射光谱
图6为本发明实施例3中3.2获得的隔热增透镜片的透射光谱
图7为本发明实施例4中4.2获得的隔热增透镜片的透射光谱
图8为本发明实施例5中5.2获得的隔热增透镜片的透射光谱
图9为本发明实施例6中6.2获得的隔热增透镜片的透射光谱
具体实施方式
实施例1：
1.1制备隔热增透膜
一种隔热增透膜，包括依次排列的全介质减反膜系1、复合近红外反射膜系、全介质减反膜系2；其中，所述复合近红外反射膜系仅包括近红外反射膜；且高折射率材料为二氧化钛、低折射率材料为二氧化硅、金属材料为银，具体膜层设置如下表1所示：
表1
1.2制备一侧镀制隔热增透膜的镜片
如图2所示一种隔热增透镜片(其中(a)为隔热增透镜片的剖视图，(b)为隔热的增透镜片的拆解图)，用常见的CR-39单体浇注的树脂镜片(以下简称CR-39镜片)作为基底，(1)以及在所述镜片两侧设置的光学膜组成；其中，一侧光学膜为上述1.1制备的隔热增透膜(3)；另一侧光学膜为常规增透膜(2)，其常规增透膜具体膜层设置如下表2所示：
表2
具体操作如下：
首先，将两块CR-39镜片用乙醇分别进行擦拭清洗，然后将其同时置于真空镀膜设备中，根据上述表1的膜层设置要求，严格控制沉积参数，在镜片的一面沉积隔热增透膜系，沉积完成后，将两块镜片翻面置于真空镀膜设备中，根据上述表2的膜层设置要求，严格控制沉积参数，在镜片的另一面沉积常规增透膜系，沉积完成后，即得。
经测定，如图3所示，所得镜片在可见光波段400-700nm具有高透光率(>98％)，并在近红外波段800-2500nm获得了优异的隔热效果(近红外波段透过率<30％)。因此，隔热效果显著的高效增透镜片可以通过本发明这种方式获得。
1.3制备两侧均镀制隔热增透膜的镜片
一种隔热增透镜片，由基底镜片CR-39以及在所述镜片两侧设置的光学膜组成；其中，两侧光学膜均为上述1.1制备的隔热增透膜。
具体操作如下：
首先，将两块CR-39镜片用乙醇分别进行擦拭清洗，然后将其同时置于真空镀膜设备中，根据上述表1的膜层设置要求，严格控制沉积参数，在镜片的一面沉积隔热增透膜系，沉积完成后，将两块镜片翻面置于真空镀膜设备中，根据上述表1的膜层设置要求，严格控制沉积参数，在镜片的另一面继续沉积隔热增透膜系，沉积完成后，即得。
经测定，如图4所示，所得镜片在可见光波段具有高透光率(>95％)，并在近红外波段800-2500nm获得了优异的隔热效果(近红外波段透过率<10％)。因此，双面镀制隔热增透膜可以实现出色的隔热效果，较高的透过效果，有望在对太阳热量敏感的场合应用。
实施例2
2.1制备隔热增透膜
一种隔热增透膜，包括依次排列的全介质减反膜系1、复合近红外反射膜系、全介质减反膜系2；其中，所述复合近红外反射膜系仅包括近红外反射膜；且高折射率材料为二氧化钛、低折射率材料为二氧化硅、金属材料为银，具体膜层设置如下表3所示：
表3
| 膜层 | 材料 | 厚度/nm |
| 1 | SiO<sub>2</sub> | 65.15 |
| 2 | TiO<sub>2</sub> | 12 |
| 3 | SiO<sub>2</sub> | 40.18 |
| 4 | TiO<sub>2</sub> | 109.33 |
| 5 | SiO<sub>2</sub> | 138.09 |
| 6 | TiO<sub>2</sub> | 19.09 |
| 7 | Ag | 11.43 |
| 8 | TiO<sub>2</sub> | 17.93 |
| 9 | SiO<sub>2</sub> | 47.4 |
2.2制备镜片
由基底镜片CR-39(1)以及在所述镜片两侧设置的光学膜组成；其中，一侧光学膜为上述2.1制备的隔热增透膜；另一侧光学膜为常规增透膜，其常规增透膜具体膜层设置如下表2所示：
表2
| 膜层 | 材料 | 厚度/nm |
| 1 | TiO<sub>2</sub> | 7.29 |
| 2 | SiO<sub>2</sub> | 47.41 |
| 3 | TiO<sub>2</sub> | 24.18 |
| 4 | SiO<sub>2</sub> | 21.08 |
| 5 | TiO<sub>2</sub> | 72.88 |
| 6 | SiO<sub>2</sub> | 10.38 |
| 7 | TiO<sub>2</sub> | 29 |
| 8 | SiO<sub>2</sub> | 90.47 |
具体操作如下：
首先，将两块CR-39镜片用乙醇分别进行擦拭清洗，然后将其同时置于真空镀膜设备中，根据上述表3的膜层设置要求，严格控制沉积参数，在镜片的一面沉积隔热增透膜系，沉积完成后，将两块镜片翻面置于真空镀膜设备中，根据上述表2的膜层设置要求，严格控制沉积参数，在镜片的另一面沉积常规增透膜系，沉积完成后，即得。
经测定，如图5所示，所得镜片在可见光波段400-700nm具有高透光率(>98％)，并在近红外波段800-2500nm获得了优异的隔热效果(近红外波段透过率<20％)。因此，紧凑的较少膜层即可实现隔热增透效果，可在镜片等塑料基底以及对膜层层数要求高或镀膜温度等要求高的场合应用。
实施例3
3.1制备隔热增透膜
一种隔热增透膜，包括依次排列的全介质减反膜系1、复合近红外反射膜系、全介质减反膜系2；其中，所述复合近红外反射膜系仅包括近红外反射膜；且高折射率材料为二氧化钛、低折射率材料为二氧化硅、金属材料为银，具体膜层设置如下表4所示：
表4
注：其中Ag-Al合金中Ag的摩尔占比95％，Al的摩尔占比为5％。
3.2制备镜片
由基底镜片CR-39(1)以及在所述镜片两侧设置的光学膜组成；其中，一侧光学膜为上述3.1制备的隔热增透膜；另一侧光学膜为常规增透膜，其常规增透膜具体膜层设置如下表2所示：
表2
| 膜层 | 材料 | 厚度/nm |
| 1 | TiO<sub>2</sub> | 7.29 |
| 2 | SiO<sub>2</sub> | 47.41 |
| 3 | TiO<sub>2</sub> | 24.18 |
| 4 | SiO<sub>2</sub> | 21.08 |
| 5 | TiO<sub>2</sub> | 72.88 |
| 6 | SiO<sub>2</sub> | 10.38 |
| 7 | TiO<sub>2</sub> | 29 |
| 8 | SiO<sub>2</sub> | 90.47 |
具体操作如下：
首先，将两块CR-39镜片用乙醇分别进行擦拭清洗，然后将其同时置于真空镀膜设备中，根据上述表4的膜层设置要求，严格控制沉积参数，在镜片的一面沉积隔热增透膜系，沉积完成后，将两块镜片翻面置于真空镀膜设备中，根据上述表2的膜层设置要求，严格控制沉积参数，在镜片的另一面沉积常规增透膜系，沉积完成后，即得。
经测定，如图6所示，所得镜片在可见光波段400-700nm具有高透光率(>95％)，并在近红外波段800-2500nm获得了优异的隔热效果(近红外波段透过率<25％)。因此，选用的银铝合金材料可以大幅提高膜层的稳定性，从而显著提高隔热增透镜片的使用寿命，适用于对使用环境较为苛刻、使用时间较长的场合。
实施例4
4.1制备隔热增透膜
一种隔热增透膜，包括依次排列的全介质减反膜系1、复合近红外反射膜系、全介质减反膜系2；其中，所述复合近红外反射膜系仅包括近红外反射膜；且高折射率材料为二氧化钛、低折射率材料为三氧化二铝、金属材料为银，具体膜层设置如下表5所示：
表5
4.2制备镜片
由基底镜片CR-39以及在所述镜片两侧设置的光学膜组成；其中，一侧光学膜为上述4.1制备的隔热增透膜；另一侧光学膜为常规增透膜，其常规增透膜具体膜层设置如下表2所示：
表2
| 膜层 | 材料 | 厚度/nm |
| 1 | TiO<sub>2</sub> | 7.29 |
| 2 | SiO<sub>2</sub> | 47.41 |
| 3 | TiO<sub>2</sub> | 24.18 |
| 4 | SiO<sub>2</sub> | 21.08 |
| 5 | TiO<sub>2</sub> | 72.88 |
| 6 | SiO<sub>2</sub> | 10.38 |
| 7 | TiO<sub>2</sub> | 29 |
| 8 | SiO<sub>2</sub> | 90.47 |
具体操作如下：
首先，将两块CR-39镜片用乙醇分别进行擦拭清洗，然后将其同时置于真空镀膜设备中，根据上述表5的膜层设置要求，严格控制沉积参数，在镜片的一面沉积隔热增透膜系，沉积完成后，将两块镜片翻面置于真空镀膜设备中，根据上述表2的膜层设置要求，严格控制沉积参数，在镜片的另一面沉积常规增透膜系，沉积完成后，即得。
经测定，如图7所示，所得镜片在可见光波段400-700nm具有高透光率(>97％)，并在近红外波段800-2500nm获得了优异的隔热效果(近红外波段平均透过率≤20％)。因此，紧凑的较少膜层即可实现隔热增透效果，可在镜片等塑料基底以及对膜层层数要求高或镀膜温度等要求高的场合应用。
实施例5
5.1制备隔热增透膜
一种隔热增透膜，包括依次排列的全介质减反膜系1、复合近红外反射膜系、全介质减反膜系2；其中，所述复合近红外反射膜系仅包括近红外反射膜；且高折射率材料为ZnS、低折射率材料为二氧化硅、金属材料为银，具体膜层设置如下表6所示：
表6
5.2制备镜片
由基底镜片CR-39以及在所述镜片两侧设置的光学膜组成；其中，一侧光学膜为上述5.1制备的隔热增透膜；另一侧光学膜为常规增透膜，其常规增透膜具体膜层设置如下表2所示：
表2
| 膜层 | 材料 | 厚度/nm |
| 1 | TiO<sub>2</sub> | 7.29 |
| 2 | SiO<sub>2</sub> | 47.41 |
| 3 | TiO<sub>2</sub> | 24.18 |
| 4 | SiO<sub>2</sub> | 21.08 |
| 5 | TiO<sub>2</sub> | 72.88 |
| 6 | SiO<sub>2</sub> | 10.38 |
| 7 | TiO<sub>2</sub> | 29 |
| 8 | SiO<sub>2</sub> | 90.47 |
具体操作如下：
首先，将两块CR-39镜片用乙醇分别进行擦拭清洗，然后将其同时置于真空镀膜设备中，根据上述表6的膜层设置要求，严格控制沉积参数，在镜片的一面沉积隔热增透膜系，沉积完成后，将两块镜片翻面置于真空镀膜设备中，根据上述表2的膜层设置要求，严格控制沉积参数，在镜片的另一面沉积常规增透膜系，沉积完成后，即得。
经测定，如图8所示，所得镜片在可见光波段400-700nm具有较高透光率(＞90％)，并在近红外波段800-2500nm获得了优异的隔热效果(近红外波段平均透过率≤8％)。因此，紧凑的较少膜层即可实现隔热增透效果，可在镜片等塑料基底以及对膜层层数要求高或镀膜温度等要求高的场合应用。
实施例6
6.1制备隔热增透膜
一种隔热增透膜，包括依次排列的全介质减反膜系1、复合近红外反射膜系、全介质减反膜系2；其中，所述复合近红外反射膜包括近红外反射膜和全介质过渡膜；且高折射率材料为二氧化钛、低折射率材料为二氧化硅、金属材料为银、全介质过渡膜材料为Al2O3，具体膜层设置如下表7所示：
表7
6.2制备镜片
由基底镜片CR-39以及在所述镜片两侧设置的光学膜组成；其中，一侧光学膜为上述6.1制备的隔热增透膜；另一侧光学膜为常规增透膜，其常规增透膜具体膜层设置如下表2所示：
表2
| 膜层 | 材料 | 厚度/nm |
| 1 | TiO<sub>2</sub> | 7.29 |
| 2 | SiO<sub>2</sub> | 47.41 |
| 3 | TiO<sub>2</sub> | 24.18 |
| 4 | SiO<sub>2</sub> | 21.08 |
| 5 | TiO<sub>2</sub> | 72.88 |
| 6 | SiO<sub>2</sub> | 10.38 |
| 7 | TiO<sub>2</sub> | 29 |
| 8 | SiO<sub>2</sub> | 90.47 |
具体操作如下：
首先，将两块CR-39镜片用乙醇分别进行擦拭清洗，然后将其同时置于真空镀膜设备中，根据上述表7的膜层设置要求，严格控制沉积参数，在镜片的一面沉积隔热增透膜系，沉积完成后，将两块镜片翻面置于真空镀膜设备中，根据上述表2的膜层设置要求，严格控制沉积参数，在镜片的另一面沉积常规增透膜系，沉积完成后，即得。
经测定，如图9所示，所得镜片在可见光波段400-700nm具有较高透光率(>95％)，并在近红外波段800-2500nm获得了优异的隔热效果(近红外波段平均透过率≤16％)。因此，紧凑的较少膜层即可实现隔热增透效果，可在镜片等塑料基底以及对膜层层数要求高或镀膜温度等要求高的场合应用。
Claims (9)
1.一种隔热增透膜，其特征在于，包括：依次排列全介质减反膜系1、复合近红外反射膜系以及全介质减反膜系2；其中，所述复合近红外反射膜系由近红外反射膜和包裹在所述近红外反射膜两侧的全介质过渡膜组成。
2.根据权利要求1所述的隔热增透膜，其特征在于，所述全介质减反膜系1和全介质减反膜系2均由高折射率材料层以及低折射率材料层交替堆积形成；进一步的，所述全介质减反膜系2的最外层为低折射率材料层；进一步优选的，所述高折射率材料选自二氧化钛、二氧化铪、五氧化二钽、氮化硅、硫化锌中任意一种或几种；进一步优选的，所述低折射率材料选自二氧化硅、三氧化二铝、氟化物中的任意一种或几种。
3.根据权利要求2所述的隔热增透膜，其特征在于，全介质减反膜层1和全介质减反膜层2中，所述高折射率材料膜层厚度为6～180nm；进一步优选的，所述高折射率材料膜层厚度为8～120nm。
4.根据权利要求2所述的隔热增透膜，其特征在于，全介质减反膜层1和全介质减反膜层2中，所述低折射率材料膜层厚度为6～300nm；进一步优选的，所述低折射率材料膜层厚度为10～260nm。
5.根据权利要求1～4任一项所述的隔热增透膜，其特征在于，所述全介质减反膜层1为2～35层；优选的，所述全介质减反膜层1为6～24层。
6.根据权利要求1～4任一项所述的隔热增透膜，其特征在于，所述全介质减反膜层2为2～12层；优选的，所述全介质减反膜层2为2～8层。
根据权利要求1～4任一项所述的隔热增透膜，其特征在于，复合近红外反射膜系中，所述全介质过渡膜材料包括但不限于Al2O3，SiO2，ZrO2中的任意一种或几种；更进一步的，复合近红外反射膜系中，所述全介质过渡膜为0～6层；更进一步的，复合近红外反射膜系中，所述全介质过渡膜层厚度为6～300nm。
7.根据权利要求1～4任一项所述的隔热增透膜，其特征在于，复合近红外反射膜系中，所述近红外反射膜的材料为金属材料；进一步优选的，所述金属材料为银、铝、金、铜、锌、镍、铬中的任意一种或几种组成的合金；更进一步的，复合近红外反射膜系中，所述近红外反射膜的厚度为5～35nm。
8.一种隔热增透镜片，其特征在于，包括：基底镜片以及在其两侧设置的光学膜，其中，至少一侧光学膜为上述权利要求1～7任一项所述的隔热增透膜，其中，所述隔热增透膜中的全介质减反膜系1紧贴基底镜片；进一步的，另一侧光学膜为常规增透膜或上述隔热增透膜；进一步的，所述基底镜片为玻璃镜片、树脂镜片或塑料镜片。
9.一种权利要求8所述隔热增透镜片的用途，其特征在于，可将其用于制备眼镜、护目镜、光学仪器或带有镜片的头盔。
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| CN202010492544.XA CN112114389A (zh) | 2020-06-03 | 2020-06-03 | 一种隔热增透膜及其制备方法和用途 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 2020-06-03 CN CN202010492544.XA patent/CN112114389A/zh active Pending
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