本發(fā)明涉及一種光學(xué)增透膜，具體涉及一種可見光區(qū)域sio2柱狀納米結(jié)構(gòu)陣列增透膜。本發(fā)明還涉及一種可見光區(qū)域sio2柱狀納米結(jié)構(gòu)陣列增透膜的制備方法。

背景技術(shù)：

反射是物質(zhì)的本征屬性之一，任何材料都有反射。對于一些光學(xué)鏡頭來講，如何降低光反射、提高光透射成為研究的核心問題。例如，一個光學(xué)玻璃的光透過率為90%，那么20層厚度時，其光透過率只有12.2%；而另一個光學(xué)玻璃的光透過率為99%，相同厚度時其光透過率可以高達81.8%。后者的光透過率約為前者的6.7倍，這將會對光學(xué)成像造成嚴重的影響。

傳統(tǒng)的降低光反射的方法是在鏡片的表面鍍一層防反射膜。然而，一層防反射膜只能降低某一波段的光反射，要想實現(xiàn)對整個可見光波段的反射，往往需要鍍幾十層不同材料和厚度的薄膜，同時還要考慮不同薄膜材料之間的折射率和結(jié)合力，其制作工藝很復(fù)雜，這導(dǎo)致鏡頭的成本變得十分昂貴。

近年來，對納米防反射鍍膜的研究悄然興起，一些光學(xué)公司提出了納米防反射鍍膜的結(jié)構(gòu)，例如日本佳能公司的亞波長結(jié)構(gòu)鍍膜（swc），尼康公司推出了納米晶體鍍膜技術(shù)（ncc），二者均是通過逐漸改變光的折射率，從而達到防反射的效果。但是薄膜與襯底之間的結(jié)合力不是很牢靠。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種可見光區(qū)域sio2柱狀納米結(jié)構(gòu)陣列增透膜，它可以增加薄膜與襯底之間的結(jié)合力。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明可見光區(qū)域sio2柱狀納米結(jié)構(gòu)陣列增透膜的技術(shù)解決方案為：

包括石英襯底、sio2納米柱狀結(jié)構(gòu)陣列膜，sio2納米柱狀結(jié)構(gòu)陣列膜附著于石英襯底的上、下兩個表面；所述sio2納米柱狀結(jié)構(gòu)陣列膜由多個sio2納米柱緊密排列為規(guī)則六方陣列；所述sio2納米柱的直徑為50～100nm。

所述兩層sio2納米柱狀結(jié)構(gòu)陣列膜的結(jié)構(gòu)尺寸相同。

本發(fā)明還提供一種可見光區(qū)域sio2柱狀納米結(jié)構(gòu)陣列增透膜的制備方法，其技術(shù)解決方案為，包括以下步驟：

第一步、對石英襯底進行清洗；

第二步、在石英襯底的其中一面合成膠體晶體模板；

所述第二步中合成膠體晶體模板采用聚苯乙烯膠體球。所述膠體球的直徑為50～100nm。

第三步、合成單面sio2納米柱狀結(jié)構(gòu)陣列膜；

工序一、磁控濺射si膜；

將第二步合成的帶有膠體晶體模板的石英襯底置于高真空磁控濺射鍍膜系統(tǒng)中；將si靶材放置于磁控濺射靶位，抽真空使真空度達到10^-8托以上；然后充入背底氣體氬氣，背底氣壓為8±2豪托，進行濺射鍍膜。

所述濺射鍍膜的濺射功率為50±5瓦，預(yù)濺射時間不少于100秒，濺射時間300～600秒。

工序二、制備sio2納米柱狀結(jié)構(gòu)陣列膜；

將工序一合成的樣品放置于管式燒結(jié)爐中，通入氧氣，在500℃以下熱處理4±0.5小時，一方面將聚苯乙烯膠體球燒掉，另一方面將si納米柱氧化為sio2，從而得到單面sio2納米柱狀結(jié)構(gòu)陣列膜。

第四步、在石英襯底的另一面合成膠體晶體模板；

第五步、合成雙面sio2納米柱狀結(jié)構(gòu)陣列膜。

所述第五步的方法及其參數(shù)與第三步相同。

本發(fā)明可以達到的技術(shù)效果是：

本發(fā)明在波長為350～500nm、380～730nm、500～760nm、560～1000nm等可見光及其毗鄰區(qū)內(nèi)，能夠?qū)崿F(xiàn)光透過率大于98%，最佳透過率大于99.5%。本發(fā)明通過調(diào)節(jié)sio2納米柱的尺寸，還可以對紫光或紫外光進行有效屏蔽。

本發(fā)明的sio2柱狀納米陣列膜與石英襯底之間的結(jié)合十分牢固，超聲清洗半小時對薄膜的形貌沒有任何影響。

通過調(diào)節(jié)本發(fā)明陣列膜的尺寸，能夠在可見光及其毗鄰區(qū)內(nèi)，使得光透過率大于98%，最佳透過率大于99.5%。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明：

圖1是現(xiàn)有技術(shù)普通石英片的可見光區(qū)域光透射譜；

圖2是本發(fā)明所制備的可見光區(qū)域sio2柱狀納米結(jié)構(gòu)陣列增透膜的場發(fā)射掃描電鏡sem圖片，其中sio2納米柱的直徑為100nm；

圖3是sio2柱狀納米結(jié)構(gòu)陣列增透膜的sem側(cè)面圖；

圖4是本發(fā)明可見光區(qū)域sio2柱狀納米結(jié)構(gòu)陣列增透膜的光透射譜；其中sio2納米柱的直徑為50nm，高度20nm；圖中顯示光透過率98%的波長范圍為350～500nm；

圖5是本發(fā)明可見光區(qū)域sio2柱狀納米結(jié)構(gòu)陣列增透膜的光透射譜；其中sio2納米柱的直徑為50nm，高度30nm；圖中顯示光透過率98%的波長范圍為380～730nm；

圖6是本發(fā)明可見光區(qū)域sio2柱狀納米結(jié)構(gòu)陣列增透膜的光透射譜；其中sio2納米柱的直徑為50nm，高度40nm；圖中顯示光透過率98%的波長范圍為500～760nm；

圖7是直徑相同而高度不同的三種sio2納米柱所形成增透膜的光透射譜的比較示意圖；

圖8是本發(fā)明可見光區(qū)域sio2柱狀納米結(jié)構(gòu)陣列增透膜的光透射譜；其中sio2納米柱的直徑為100nm，高度40nm；圖中顯示光透過率98%的波長范圍為560～1000nm。

具體實施方式

本發(fā)明可見光區(qū)域sio2柱狀納米結(jié)構(gòu)陣列增透膜的制備方法，包括以下步驟：

第一步、對石英襯底進行清洗；

具體方法詳見專利zl201010569383.6對襯底清洗步驟；

第二步、在石英襯底的其中一面（如上表面）合成膠體晶體模板；

采用氣-液界面合成法，使聚苯乙烯膠體球附于石英襯底的其中一面，在石英襯底的其中一表面形成聚苯乙烯膠體晶體模板；具體方法詳見專利zl201410011134.3膠體晶體模板合成步驟；

第三步、合成單面sio2納米柱狀結(jié)構(gòu)陣列膜；

工序一、磁控濺射si膜；

將第二步合成的帶有膠體晶體模板的石英襯底置于高真空磁控濺射鍍膜系統(tǒng)中；將si靶材放置于磁控濺射靶位，抽真空使真空度達到10^-8托以上；然后充入背底氣體氬氣，背底氣壓為8±2豪托，進行濺射鍍膜；

濺射鍍膜的濺射功率為50±5瓦，預(yù)濺射時間不少于100秒，濺射時間300～600秒；

工序二、制備sio2納米柱狀結(jié)構(gòu)陣列膜；

將工序一合成的樣品放置于管式燒結(jié)爐中，通入氧氣，在500℃以下熱處理4±0.5小時，一方面將聚苯乙烯膠體球燒掉，另一方面將si納米柱氧化為sio2，從而得到單面sio2納米柱狀結(jié)構(gòu)陣列膜；

第四步、在石英襯底的另一面（如下表面）合成膠體晶體模板；

將樣品的另一面（無sio2納米柱狀結(jié)構(gòu)陣列膜的一面）用去離子水反復(fù)清洗（即清洗至少三次），然后按照第二步的方法，在石英襯底的另一表面形成聚苯乙烯膠體晶體模板；

第五步、合成雙面sio2納米柱狀結(jié)構(gòu)陣列膜；

按照第三步的方法，得到雙面的sio2納米柱狀結(jié)構(gòu)陣列膜。

需要注意的是，雙面sio2納米柱狀結(jié)構(gòu)陣列膜的sio2結(jié)構(gòu)尺寸須完全一樣，這樣才能達到最好的效果。也就是說第五步中所用的膠體球尺寸、鍍膜時間、熱處理溫度和時間等相關(guān)參數(shù)，應(yīng)當(dāng)與第三步保持一致。

本發(fā)明所制備的可見光區(qū)域sio2柱狀納米結(jié)構(gòu)陣列增透膜，包括石英襯底、sio2納米柱狀結(jié)構(gòu)陣列膜，sio2納米柱狀結(jié)構(gòu)陣列膜附著于石英襯底的上、下兩個表面；

sio2納米柱狀結(jié)構(gòu)陣列膜由多個sio2納米柱緊密排列為規(guī)則六方陣列；

sio2納米柱的直徑為50～100nm，高度為20～50nm；

兩層sio2納米柱狀結(jié)構(gòu)陣列膜的結(jié)構(gòu)尺寸相同。

如圖1至圖8所示，本發(fā)明能夠有效地提高石英玻璃的可見光及其毗鄰區(qū)內(nèi)的光學(xué)透過率。如圖5所示，當(dāng)sio2納米柱狀結(jié)構(gòu)直徑為50nm、高度為30nm時，其透過率在380～730nm光波范圍內(nèi)可以達到98%以上，幾乎覆蓋整個可見光波段。

通過調(diào)節(jié)sio2納米柱的結(jié)構(gòu)尺寸，能夠有效調(diào)控光高透過率的波長范圍。如sio2柱狀結(jié)構(gòu)的直徑為50nm，其高度為20nm、30nm和40nm時，光學(xué)透過率大于98%的區(qū)域分別為350～500nm、380～730nm、500～760nm；再如，sio2柱狀結(jié)構(gòu)直徑為100nm，高度為40nm時，光學(xué)透過率大于98%的區(qū)域為560～1000nm。

通過調(diào)節(jié)sio2納米柱的結(jié)構(gòu)尺寸，能夠降低紫外波段等不必要光的透過率。如sio2柱狀結(jié)構(gòu)的直徑為50nm，高度為20nm時，350nm的紫外光透過率約為98%（如圖4所示），而當(dāng)高度增加為40nm時，350nm的紫外光透過率小于81%，如圖6所示。

合成膠體晶體模板的實施例1：

50nm聚苯乙烯膠體晶體模板的合成方法：

將質(zhì)量比為10%的聚苯乙烯膠體晶體溶液超聲10分鐘，然后將膠體球、去離子水和無水乙醇按照1：80：80的比例配比，配成混合溶液；然后按照專利zl201410011134.3所述方法：在直徑為8cm的培養(yǎng)皿中，放入一塊干凈的玻璃片，然后將去離子水注入到玻璃片的周圍，使得液面微微高于玻璃片的平面，然后移液器在玻璃片上緩慢注入混合溶液400微升，聚苯乙烯膠體球就會在氣-液界面自助裝合成單層膠體晶體模板，隨后，再在培養(yǎng)皿中注入去離子水，將膠體晶體模板提升一定高度，方便撈取；最后，用第一步洗好的石英襯底將其撈起，烘干。

合成膠體晶體模板的實施例2：

100nm聚苯乙烯膠體晶體模板的合成方法：

將質(zhì)量比為10%的聚苯乙烯膠體晶體溶液超聲10分鐘，然后將膠體球、去離子水和無水乙醇按照1：40：40的比例配比，配成混合溶液；然后按照專利zl201410011134.3所述方法，在玻璃片上用移液器注入350微升混合溶液，然后，在注入去離子水，提升液面；最后，用第一步洗好的石英襯底將其撈起，烘干。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明的制備方法進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。