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常压百级洁净度环境中SiO2薄膜稳定性

李好 白阳 晏良宏 严鸿维 李合阳 杨科 刘太祥 王韬 袁晓东

李好, 白阳, 晏良宏, 等. 常压百级洁净度环境中SiO2薄膜稳定性[J]. 强激光与粒子束, 2018, 30: 052001. doi: 10.11884/HPLPB201830.170383
引用本文: 李好, 白阳, 晏良宏, 等. 常压百级洁净度环境中SiO2薄膜稳定性[J]. 强激光与粒子束, 2018, 30: 052001. doi: 10.11884/HPLPB201830.170383
Li Hao, Bai Yang, Yan Lianghong, et al. Stability of sol-gel silica coatings under ISO Class 5 atmosphere condition[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2018, 30: 052001. doi: 10.11884/HPLPB201830.170383
Citation: Li Hao, Bai Yang, Yan Lianghong, et al. Stability of sol-gel silica coatings under ISO Class 5 atmosphere condition[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2018, 30: 052001. doi: 10.11884/HPLPB201830.170383

常压百级洁净度环境中SiO2薄膜稳定性

doi: 10.11884/HPLPB201830.170383
详细信息
    作者简介:

    李好(1992-),女,硕士研究生,主要从事溶胶-凝胶光学薄膜制备及表征研究; lihao1734@163.com

  • 中图分类号: YN24

Stability of sol-gel silica coatings under ISO Class 5 atmosphere condition

  • 摘要: 在常压百级洁净度环境下,采用三种不同折射率的SiO2溶胶在熔石英基底上涂制四种不同薄膜,利用光学理论计算模拟了三种胶体涂制的膜层稳定性,通过实验考查了膜层光学指标随时间的变化规律。SiO2薄膜能够显著提升光学元件透射率,但由于膜层表面的大量羟基及其多孔结构,SiO2薄膜易吸附周围环境中的有机污染物及水分填充膜层孔隙,从而导致膜层折射率发生变化,影响膜层透射率、反射率等光学性能。实验结果发现,三种溶胶凝胶化学膜在常压百级环境中的有效期为80 d(绝对变化率小于0.1%),且三种胶体涂制的膜层稳定性由高到低依次为折射率1.19, 1.15, 1.25的膜层。
  • 图  1  环境污染物在膜层上的吸附机理图

    Figure  1.  Mechanism of the vapor adsorption of contamination and humidity in environment on the coating

    图  2  不同折射率膜层的理论透射曲线

    Figure  2.  Theoretical transmission curves of coatings with different refractive index

    图  3  最大透射率351 nm处透射率随折射率变化的理论计算曲线

    Figure  3.  Change of the maximum transmittance and the transmittance at 351 nm with the increase of refractive index

    图  4  四种膜系初始透射率和反射率曲线

    Figure  4.  Initial transmittance and reflectance of four coatings

    图  5  后处理的四种膜系对水的接触角

    Figure  5.  Contact angle with water of four post-processed coatings

    图  6  不同膜系透射率随放置时间的变化

    Figure  6.  Change of transmittance as a function of time

    图  7  不同膜系反射率随放置时间的变化

    Figure  7.  Change of reflectance as a function of time

    图  8  常压百级洁净度环境中自然污染前后4种膜系透射曲线对比图

    Figure  8.  Comparison of transmittance before and after contamination in ISO Class 5 cleanroom in atmosphere

    图  9  膜层透射率和反射率之和随放置时间的变化规律

    Figure  9.  Change of the sum of transmittance and reflectance as a function of time

    图  10  180 d内膜层折射率变化情况

    Figure  10.  Variation of the refractive index of four coatings in 180 days

    图  11  180 d内膜层厚度变化情况

    Figure  11.  Variation of the thickness of four coatings in 180 days

    表  1  四种膜层的提拉速度以及后处理后膜层光学特性参数

    Table  1.   Dipping speed (v) and optical properties after post processing of four kinds of coatings

    film v/(mm·min-1) n d/nm peak/nm T351/% R351/% Rq/μm
    A 75 1.15 90.31 351 99.34 0.62 4.11
    B 100 1.19 106.11 400 99.39 0.18 2.78
    C 50 1.19 66.52 320 99.41 0.54 2.65
    D 85 1.24 88.27 351 99.32 0.57 2.82
    Note: d-thickness of coating; T351-transmittance at 351 nm; R351-reflectance at 351 nm; Rq-RMS roughness
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    表  2  四种膜层污染前后的光学性能变化与孔隙率变化

    Table  2.   Comparison of the optical properties and the porosity of four coatings before and after contamination

    film before contamination after 180 d contamination (Ti-Tf)/% (Ri-Rf)/% $ \frac{n_{\mathrm{i}}-n_{\mathrm{f}}}{n_{\mathrm{i}}}$/% Vc/%
    Ti/% Ri/% ni/% Tf/% Rf/% nf/%
    A 99.34 0.62 1.15 99.66 0.34 1.17 0.32 0.28 1.74 2.70
    B 99.49 0.18 1.19 99.27 0.41 1.21 0.22 0.23 1.68 2.44
    C 99.41 0.54 1.21 99.18 0.79 1.23 0.23 0.25 1.65 2.44
    D 99.32 0.57 1.24 99.67 1.13 1.27 0.35 0.56 2.42 8.29
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-09-25
  • 修回日期:  2018-01-02
  • 刊出日期:  2018-05-15

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