Способ изготовления пленки просветляющего покрытия для водорастворимых кристаллов Российский патент 2025 года по МПК C03C17/30 G02B1/11 

Изобретение относится к способу изготовления тонкопленочных интерференционных покрытий, применяющихся для просветления оптических элементов из водорастворимых кристаллов (KDP, DKDP, KCl, LiF). Просветление элементов оптических систем используется для уменьшения потерь интенсивности падающего излучения на отражение, т.е. увеличения их оптической пропускной способности. Наиболее часто для этих целей применяются интерференционные просветляющие покрытия. На оптические поверхности наносится один или несколько слоев тонкой пленки, соизмеримой по толщине с длиной световых волн. Показатель преломления этих слоев отличается от показателя преломления материала оптической детали. В случае многослойных покрытий подбором соответствующих толщин возможно снизить коэффициент отражения практически до нуля для одной или нескольких длин волн света.

Выбор материала покрытия (аморфный диоксид кремния или кремнезем SiO₂) обусловлен его прозрачностью в видимой и инфракрасной области спектра. Аморфный диоксид кремния имеет показатель преломления 1,2-1,3 при длине волны 520-1100 нм. Полученные слои из диоксида кремния характеризуются высокой химической стабильностью.

Известно, что нанесение тонкого слоя наноразмерного диоксида кремния аморфной структуры на стеклянную подложку способствует достижению желаемого просветления на нужной длине волны, а необходимая пористость такого покрытия будет обеспечиваться неплотной упаковкой частиц и наличием собственной пористой структуры [1, 2].

Известны патенты [3-5], в которых описаны способы получения широкополосного просветляющего покрытия на основе SiO₂, получаемого золь-гель способом. Особенностью предложенных способов является добавление в пленкообразующий раствор полимеров (полистирола, полиметилметакрилата) с последующей модификацией просветляющего покрытия в растворе триметилхлорсилана в гексане.

В патенте [6] описан метод получения просветляющего покрытия на основе SiO₂, получаемого золь-гель способом. В качестве прекурсора используется метилтриэтоксисилан, потом проводится термообработка подложки с нанесенной пленкой.

В патенте [7], в международной заявке на изобретение [8], в патентах на изобретения [9-11] описаны способы получения просветляющих золь-гель покрытий на основе диоксида кремния. Недостатками данных способов являются: использование в синтезе пленкообразующего раствора молекулярных дорогостоящих структурообразователей и модифицирующих органических добавок; дефицитных поверхностно-активных органических соединений; снижение технологичности и повышение трудоемкости синтеза золя вследствие длительного перемешивания пленкообразующего раствора; использование длительного процесса термообработки нанесенного покрытия, что снижает технико-экономические показатели данных методов, усложняет использование технологии в непрерывном производстве, а также не эффективно для промышленного применения.

В патентах [12-14] описаны способы получения тонких просветляющих покрытий на основе мезопористого диоксида кремния золь-гель методом в присутствии олигомеров окиси этилена; олигомеров окиси пропилена; синергетической бинарной системы, состоящей из неоионогенного ПАВ и указанных олигомеров; а также в присутствии некоторых полимеров и статических сополимеров. Просветляющие покрытия с низким показателем преломления (1,23-1,25) на основе нанопористого диоксида кремния были получены технологией EISA (evaporation induced self-assembly). Недостатками данных способов являются: использование в синтезе пленкообразующего раствора молекулярных дорогостоящих и труднодоступных ПАВ структурообразователей и модифицирующих органических добавок.

В качестве прототипа выбран способ изготовления просветляющей пленки, предложенный в документе [15]. Для получения органозоля смешивают этилортосиликат, абсолютный этиловый спирт, воду и щелочной катализатор при нормальной температуре в течение 2-6 часов, нагревают и охлаждают до 40°С. При этом добавляют в полученный золь силановый связующий агент, кислотный катализатор, взаимодействие длится в течение 4 8 часов при температуре 80-100°С, а затем добавляют инициатор для получения целевого золя. Полученный золь наносят на поверхность водорастворимого кристалла, проводят ультрафиолетовое облучение, а затем термически обрабатывают для получения пленки. Основным недостатком является большое количество стадий синтеза золя: получение органозоля щелочным гидролизом этилортосиликата, его нагревание, последующее добавление связующего агента, а затем инициатора.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является разработка способа получения просветляющих покрытий на основе мезопористого кремнезема для водорастворимых кристаллов, являющегося экономичным и простым в экспериментальном исполнении и при нанесении пленки просветляющего покрытия на оптические кристаллы больших размеров методом погружения.

Технический результат достигается за счет того, что разработанный способ изготовления пленки просветляющего покрытия на основе мезопористого диоксида кремния для водорастворимых кристаллов так же, как и способ-прототип, включает синтез органозоля, нанесение готового органозоля на поверхность водорастворимого кристалла, термическую обработку поверхности водорастворимого кристалла с нанесенным органозолем. Новым является то, что для синтеза органозоля вводят в безводный изопропиловый спирт (ИПС) расчетное количество аммиака (NH₃), добавляют со скоростью, не превышающей 0,05 мл/мин, по каплям при интенсивном и непрерывном перемешивании на магнитной мешалке к полученному раствору расчетное количество тетраэтоксисилана (ТЭОС) и необходимое для синтеза количество этилового спирта EtOH (76% об.). Затем раствор перемешивают в течение 5-7 часов, при этом мольные соотношения реагентов составляют ТЭОС:ИПС:NH₃:EtOH=1:38:3:2. После этого полученную дисперсную систему выдерживают в закрытом реакторе при температуре 20±1°С не менее 20 сут, пленку просветляющего покрытия из готового органозоля наносят на поверхность водорастворимого кристалла методом контролируемого погружения и вытягивания. Термическую обработку водорастворимого кристалла с нанесенной пленкой просветляющего покрытия осуществляют путем нагревания со скоростью не более 2°С в час в суховоздушном термостате до 50-150°С в течение 72-200 ч. Нанесением пленки просветляющего покрытия на водорастворимые кристаллы обеспечивают уменьшение отражения в спектральном диапазоне длин волн 400-1100 нм.

В частном случае реализации для получения пленки просветляющего покрытия толщиной от (50±10) нм до (250±10) нм скорость вытягивания водорастворимого кристалла из готового органозоля варьируют от (150±5) мм/мин до (50±5) мм/мин.

В другом частном случае толщину получаемой пленки просветляющего покрытия варьируют количеством погружений и вытягиваний водорастворимого кристалла из готового органозоля.

Изобретение поясняется следующими фигурами.

На фиг. 1 представлено: а) АСМ-изображение покрытия мезопористого SiO₂ на кварцевой подложке в масштабе 4×4 мкм; б) гистограмма распределения частиц SiO₂ по их высоте; в) АСМ-изображение покрытия мезопористого SiO₂ в масштабе 0,6×0,6 мкм; г) топография покрытия мезопористого SiO₂ на кварцевой подложке; д) профиль сечения поверхности по направлению вдоль измерительной линии 1-1; е) профиль сечения поверхности по направлению вдоль измерительной линии 2-2.

Фиг. 2: а) микрофотография СЭМ наночастиц SiC"2, формирующих оптическое покрытие, полученное золь-гель методом, на кварцевой подложке; б) гистограмма распределения частиц по размерам; в) микрофотография СЭМ наночастиц SiO₂, формирующих оптическое покрытие, полученное золь-гель методом, на подложке из монокристаллического кремния; г) суммарный спектр локального элементного анализа.

На фиг. 3. представлена дифрактограмма нанопорошка SiO₂, формирующего оптическое покрытие, полученное золь-гель методом.

На фиг. 4 представлен ИК-спектр нанопорошка SiO₂, формирующего оптическое покрытие, полученное золь-гель методом.

На фиг. 5 представлены спектры светопропускания монокристаллов без просветляющего покрытия (кривая 1) и с двусторонним однослойным просветляющим покрытием на основе мезопористого диоксида кремния (кривая 2): a) KDP; б) DKDP; в) KCl; г) LiF.

Оптическое мезопористое покрытие, сформированное из сферических монодисперсных наночастиц SiO₂, имеет высокую однородность, химическую чистоту и высокую просветляющую способность. Одно- и многослойные просветляющие покрытия получают на основе наноструктурированного мезопористого диоксида кремния (аморфного кремнезема) на нелинейных оптических изделиях из водорастворимых кристаллов. Оптические элементы с нанесенным просветляющим покрытием имеют максимум пропускания 98,8-99,2% в диапазоне длин волн 400-1100 нм оптического спектра.

Разработанный способ включает синтез органозоля, нанесение готового органозоля на поверхность водорастворимого кристалла, термическую обработку поверхности водорастворимого кристалла с нанесенной пленкой просветляющего покрытия.

Покрытия получают из дисперсной системы, представляющей собой органозоль. Органозоль синтезируют путем медленного гидролиза тетраэтоксисилана (ТЭОС, Si(OC₂H₅)₄) в среде безводного изопропилового спирта (ИПС, i-С₃Н₇ОН) в присутствии аммиака [16] и необходимого для синтеза количества этилового спирта (76% об.). Созревание золя длится не менее 20 суток при температуре 20±1°С. Мольные соотношения реагентов составляли ТЭОС:ИПС:NH₃:EtOH=1:38:3:2.

Синтез дисперсной системы происходил в следующей последовательности:

1. в безводный изопропиловый спирт (ИПС) вводили расчетное количество аммиака (NH₃);

2. медленно по каплям при интенсивном и непрерывном перемешивании на магнитной мешалке добавляли к полученному раствору расчетное количество тетраэтоксисилана (ТЭОС) и необходимое для синтеза количество этилового спирта EtOH (76%об.);

3. раствор перемешивали в течение 5-7 часов, после чего полученную дисперсную систему выдерживали в закрытом реакторе при температуре 20±1°С не менее 20 суток для роста частиц дисперсной фазы.

Предлагаемый способ получения органозоля отличается простым аппаратным оформлением процесса приготовления. Получаемые на его основе просветляющие оптические покрытия отличаются дешевизной по сравнению с просветляющими покрытиями, наносимыми на поверхность материала при помощи дорогостоящих и сложных технологий, например, вакуумного напыления [17]. Поэтому их разработка и исследование весьма актуальны и востребованы.

На данный момент существует множество методов нанесения покрытий, такие как PVD, CVD, метод магнетронного напыления и т.д. Все эти технологии являются дорогостоящими, высоко требовательными к чистоте прекурсоров и достаточно сложными при нанесении покрытий. Альтернативным, менее требовательным и экономичным способом является золь-гель технология, в частности, метод адсорбции из раствора, который позволяет контролировать параметры получаемых покрытий во время нанесения и получать однородные пленки требуемой толщины. Этот метод обладает рядом преимуществ перед другими технологиями. Во-первых, он не требует плавления или испарения исходного материала. Поэтому этим методом может быть нанесено множество материалов вне зависимости от их температуры плавления. Во-вторых, этот метод характеризуется высокой повторяемостью и стабильностью процесса, т.е. пленки различных соединений могут быть нанесены на подложки без изменения их химического состава. В-третьих, данным методом возможно наносить просветляющие покрытия на широкоапертурную оптику.

Готовый золь наносят на поверхность оптического элемента методом контролируемого погружения и вытягивания из раствора с образованием пленки из мезопористого диоксида кремния. Работа производилась авторами на установке собственного производства. Толщина покрытия (оптическая толщина λ/4) варьировалась от (50±10) нм до (250±10) нм путем изменения скорости вытягивания подложки из золя, которая составляла от (50±5) мм/мин до (150±5) мм/мин (п. 2 ф-лы).

Термическую обработку образцов осуществляют для увеличения адгезии покрытия к поверхности оптического элемента, а также с целью удаления (десорбции) остаточных органических соединений (растворителей) и увеличения твердости покрытия. Оптический элемент с покрытием нагревают в суховоздушном термостате до 50-150°С в течение 72-200 ч со скоростью не более 2°С в час.

Толщину получаемой пленки просветляющего покрытия также можно изменять количеством погружений и вытягиваний водорастворимого кристалла из готового органозоля (п. 3 ф-лы).

Авторами было проведено исследование морфологии и структуры покрытия, полученного с помощью заявленного способа, а также наночастиц, образующих это покрытие.

При нанесении пленки просветляющего покрытия на основе мезопористого SiO₂ на обе стороны водорастворимых кристаллов отражение уменьшается до 0,05-0,1% на заданной длине волны в диапазоне 400-1100 нм в зависимости от толщины покрытия.

Исследования морфологии наночастиц SiO₂ и структуры поверхности просветляющего покрытия на основе наночастиц SiO₂ из органозоля проводились на атомно-силовом микроскопе (ACM) NTEGRA II с головкой SMENA в режиме SemiContact с использованием высокоразрешающих кремниевых кантилеверов серии NSG01 (значение резонансной частоты 150 кГц, значение силовой константы 5,1 Н/м). Кантилеверы имеют золотое отражающее покрытие для увеличения сигнала лазера. Результаты обрабатывались с помощью программного комплекса Nova SPM 1.2. В качестве анализируемых образцов использовались: стеклянная подложка (предметное стекло СП-7101 [8×8×1 мм], ГОСТ 9284-75); кварцевая подложка (пластина из монокристаллического плавленого кварца [8×8×1 мм], ООО «Конкорд Эл», Россия). Атомно-силовая микроскопия (АСМ) показала, что наночастицы SiO₂ в составе просветляющего покрытия сферической формы (фиг. 1а, в), монодисперсны и подвержены агломерации (фиг. 2). Результаты АСМ показывают, что в составе покрытия присутствуют частицы с размерами 10-60 нм, большая их часть (более 80%) находится в интервале 10-20 нм. Результаты отражены в виде гистограммы распределения частиц по размерам (см. фиг. 1 б). Для определения степени агломерации наночастиц на поверхности построили топографию поверхности (фиг. 1 г) наночастиц, высаженных на кварцевую подложку. Сканирование поверхности позволило установить вертикальные размеры наночастиц в слое (фиг. 1 д, е). Он составил в среднем 10-20 нм, что согласуется с результатами, приведенными на гистограмме (фиг. 1 б).

Исследования морфологии, микроструктуры и степени агломерированности образцов частиц кремнезема SiO₂ изучали методом сканирующей электронной микроскопии (СЭМ). Микрофотографии образцов (фиг. 2 а, в) были получены на микроскопе JSM-IT300LV (JEOL) с диаметром электронного пучка около 5 нм и током зондирования менее 0,5 нА. На фиг. 2 а, в представлены микрофотографии СЭМ и результаты энергодисперсионного анализа образца кремнезема (фиг. 2 г). По результатам локального элементного анализа химическая чистота образца SiO₂ близка к 100%. Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ) показала, что наночастицы SiO₂, формирующие оптическое покрытие, обладают сферической формой, монодисперсны и подвержены агломерации. Результаты СЭМ показывают, что в нанопорошке присутствуют частицы с размерами 10-60 нм (фиг. 2 б).

Качественный элементный состав образцов был изучен с помощью рентгеновского энергодисперсионного микроанализатора с использованием детектора X-maxN 20 (Oxford Instruments).

Рентгенофазовый анализ порошка аморфного SiO₂, полученного золь-гель методом, проводили на дифрактометре SHIMADZU XDR 6000 (CuKα-излучение), скорость гониометра 2°2θ/мин, период экспозиции в точке 0,38 с, интервал съемки от 10° до 60°2θ с шагом сканирования 0,02°, рабочее напряжение 45 кВ, ток 250 мА. Дифрактограмма нанопорошка SiO₂, полученного из органозоля (фиг. 3), соответствует аморфизированному (99%) состоянию. Анализируя результаты РФА для полученного нанопорошка SiO₂ видно, что уширение дифракционной линии и образование диффузного гало на рентгенограмме указывает на наличие нанокристаллического (аморфного) SiO₂. Наблюдается аморфный пик с эквивалентным углом Брэгга в 2θ=21,8°. С помощью базы данных порошковой дифракции ICSD 2016 методом Ритвельда установлена пространственная группа аморфной части -Р3221, аналогичная кварцу.

Структуру диоксида кремния, полученного из органозоля, изучали методом ИК-спектроскопии, спектры регистрировали на ИК-Фурье-спектрометре Infralum ФТ-801 с рабочим диапазоном волновых чисел 550-5500 см^-1. Перед измерением исследуемые образцы диспергировали в порошке KBr (ч. д. а., АО «Ленреактив», Россия) в соотношении 1:4 и прессовали в таблетки. На фиг. 4 приведен ИК-спектр синтезированного нанопорошка SiO₂. Анализ результатов показал следующее: в ИК-спектре присутствует широкая полоса поглощения с частотами в интервале 1000-1300 см^-1 и максимумом при 1076 см^-1, отвечающие валентным колебаниям связей Si-О-Si и характерный пик при 807 см^-1, характерные для деформационных колебаний связей Si-O-Si в тетраэдрах SiO₄. В спектре наблюдаются очень слабые пики около 1633 и 3436 см^-1, указывающие на сорбцию воды и соответствующие колебаниям ОН-связей, что объясняет слабые гидрофильные свойства полученного нанопорошка SiO₂. Из фиг. 4 видно, что в ИК-спектре имеется интенсивная полоса поглощения при 807 см^-1 (Si-О-Si) и широкая полоса в области 1100-1200 см^-1, характеризующая колебания группы (Si-О-Si), которые являются характерными пиками SiO₂. В области 3410-3420 см^-1 наблюдается широкая интенсивная полоса поглощения, характеризующая колебания группы Si-ОН.

В таблице 1 приведена расшифровка ИК-спектра нанопорошка SiO₂, полученного золь-гель методом.

Измерение показателя преломления и толщины пленок просветляющих покрытий мезопористого диоксида кремния проводили на эллипсометре ЛЭФ-ЗМ-1 на аналитической длине волны 630 нм. Измерение проводили при трех разных углах падения светового пучка 50°, 55°, 60°. Для образцов монокристаллов KDP, DKDP, KCl, LiF толщина пленки просветляющего покрытия на основе мезопористого диоксида кремния составляла 99-102 нм, а показатель преломления n=1,22-1,23.

Спектры оптического пропускания образцов монокристаллов KDP, DKDP, KCl, LiF с нанесенными просветляющими покрытиями (фиг. 5) записывали на спектрофотометре Shimadzu 3600i в диапазоне длин волн от 190 до 1100 нм, с шагом 1 нм. Изменение оптического пропускания фиксировалось путем измерения соответствующего параметра чистой подложки (половины образца без покрытия) и подложки с нанесенным покрытием на основе наночастиц SiO₂ (половины образца с покрытием). Погрешность измерения оптического пропускания составляла ±0,01%. Из фиг.5 а-г видно, что нанесенная пленка просветляющего покрытия мезопористого SiO₂, полученного предлагаемым способом из органозоля, на поверхность водорастворимых кристаллов обладает большим просветляющим эффектом. Для монокристаллов KDP максимум просветления (99%) наблюдается в диапазоне длин волн 500-800 нм (фиг. 5 а, кривая 2) по сравнению с кристаллом без покрытия (фиг. 5 а, кривая 1). Для монокристаллов DKDP максимум просветления (99%) наблюдается в диапазоне длин волн 500-700 нм (фиг.5 б, кривая 2) по сравнению с кристаллом без покрытия (фиг. 5 б, кривая 1). Для монокристаллов KCl максимум просветления (90%) наблюдается в диапазоне длин волн 800-1500 нм (фиг.5 в, кривая 2) по сравнению с кристаллом без покрытия (фиг. 5 в, кривая 1). Для монокристаллов LiF максимум просветления (99%) наблюдается в диапазоне длин волн 500-800 нм (фиг. 5 г, кривая 2) по сравнению с кристаллом без покрытия (фиг. 5 г, кривая 1).

Органозоли, из которых наносились покрытия, легко воспроизводимы и стабильны в течение 1 года. Разработанный способ прост в аппаратурном исполнении и может быть использован для нанесения пленки просветляющего покрытия на крупногабаритные оптические элементы.

Таким образом, разработанный способ является простым и дешевым способом получения просветляющих мезопористых покрытий на основе кремнезема для водорастворимых кристаллов. Для синтеза органозоля используют реагенты в мольном соотношении ТЭОС:ИПС:NH₃:EtOH=1:38:3:2. Готовый органозоль наносят на поверхность водорастворимого кристалла методом контролируемого погружения и вытягивания с последующей термической обработкой. Нанесением пленки просветляющего покрытия на водорастворимые кристаллы обеспечивают уменьшение отражения в спектральном диапазоне длин волн 400-1100 нм.

Источники литературы:

1. Фурман Ш.А. «Тонкослойные оптические покрытия», 1977, - Л.: Машиностроение. С. 264.

2. М.С. Петровнина, P.P. Катнова, С.Н. Степин «Исследование оптических свойств стекловидных покрытий на основе диоксида кремния» // Вестник Казанского технологического университета, т. 17, №3, 2014, С. 38-39.

3. CN 100346177 «Water-proof broad band high anti-reflection film and its preparation method», МПК G02B 1/111, публ. 31.10.2007 г.

4. CN 100346176 «Multi-window wideband anti-reflection PS-SiO₂ thin film and producing method thereof», МПК G02B 1/00, G02B 1/111, публ. 31.10.2007 г.

5. CN 100340872 «A multiwindow wideband anti-reflection PMMA-SiO₂ thin film and producing method thereof», МПК G02B 1/00, G02B 1/111, публ. 03.10.2007 г.

6. CN 110698673 «High-mechanical-strength matching film for frequency-doubling element of intense laser device and preparation method thereof», МПК C08G77/04, C08J 5/18, C08L 83/04, G02B 1/04, G02B 1/10, G02B 1/111, публ. 13.07.2021 г.

7. RU 2626105 «Способ получения просветляющего золь-гель покрытия на основе диоксида кремния», МПК С03С 17/30, публ. 21.07.2017 г.;

8. WO 2012125271 «Sol-gel based hydrophobic ultra low refractive index anti-reflective coatings», МПК B05D 5/00, публ. 20.09.2012 г.;

9. RU 2371399 «Способ получения тонких просветляющих покрытий на основе мезопористого диоксида кремния золь-гель методом в присутствии некоторых полимеров, статических сополимеров», МПК С03С 17/25, G02B 1/11, B05D 5/06, публ. 27.10.2009 г.

10. RU 2466948 «Способ получения тонких просветляющих покрытий на основе мезопористого диоксида кремния золь-гель методом в присутствии синергической бинарной системы: неионогенное ПАВ-олигоэфиры на основе окиси этилена или окиси пропилена», МПК С03С 17/30, публ. 20.11.2012 г.

11. RU 2564710 «Способ получения просветляющих мезопористых покрытий на основе диоксида кремния», МПК С03С 17/30, публ. 10.10.2015 г.

12. RU 2368576 «Способ получения тонких просветляющих покрытий на основе мезопористого диоксида кремния золь-гель методом в присутствии олигомеров окиси этилена, олигомеров окиси пропилена», МПК С03С 17/30, публ. 27.06.2009 г.

13. RU 2466948 «Способ получения тонких просветляющих покрытий на основе мезопористого диоксида кремния золь-гель методом в присутствии синергической бинарной системы: неионогенное ПАВ-олигоэфиры на основе окиси этилена или окиси пропилена», МПК С03С 17/30, публ. 20.11.2012 г.

14. RU 2371399 «Способ получения тонких просветляющих покрытий на основе мезопористого диоксида кремния золь-гель методом в присутствии некоторых полимеров, статических сополимеров», МПК С03С 17/25, G02B 1/11, B05D 5/06, публ. 27.10.2009 г.

15. CN 111239860 «Frequency tripling antireflection film for high-power laser device and preparation method and application thereof», МПК G02B 1/11, G02F 1/355, публ. 05.06.2020 г.

16. Thomas I. «Method for the preparation of porous silica antireflection coatings varying in refractive index from 1.22 to 1.44» // Appl. Opt. - 1992. - 31. - p. 6145.

17. Н.Ф. Кашапов, Г.С. Лучкин, А.Г. Лучкин «Вакуумные технологии нанесения функциональных покрытий» // Вестник Казан, технол. ун-та. 2010. №2. С. 340-345.

18. Артамонова О.В., Сергуткина О.Р., Останкова И.В., Шведова М.А. «Синтез нанодисперсного модификатора на основе SiO₂ для цементных композитов» // Конденсированные среды и межфазные границы. 2014. Т. 16. №2. С. 152-162.

19. Хлуднева А.С., Карпов С.И., Ресснер Ф., Селеменев В.Ф. «Структура и сорбционные свойства мезопористых кремнеземов, синтезированных при варьировании температуры и кремниевой основы» // Сорбционные и хроматографические процессы. 2021. Т. 21. №5. С. 669-680. https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2021.21/3773.

20. Васькевич В.В., Гайшун В.Е., Коваленко Д.Л. «Синтез и исследование силикатных золь-гель покрытий для микро- и наноэлектроники» // Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies. 2014. Т. 12. №2. С. 279-293.

Изобретение относится к способу изготовления тонкопленочных интерференционных покрытий, применяющихся для просветления оптических элементов из водорастворимых кристаллов. В предложенном способе изготовления пленки просветляющего покрытия для синтеза органозоля вводят в безводный изопропиловый спирт (ИПС) расчетное количество аммиака (NH₃), добавляют со скоростью, не превышающей 0,05 мл/мин, по каплям при интенсивном и непрерывном перемешивании на магнитной мешалке к полученному раствору расчетное количество тетраэтоксисилана (ТЭОС) и необходимое для синтеза количество этилового спирта EtOH (76% об.). Затем раствор перемешивают в течение 5-7 часов, при этом мольные соотношения реагентов составляют ТЭОС:ИПС:NH₃:EtOH=1:38:3:2. После этого полученную дисперсную систему выдерживают в закрытом реакторе при температуре 20±1°С не менее 20 суток. Пленку просветляющего покрытия из готового органозоля наносят на поверхность водорастворимого кристалла методом контролируемого погружения и вытягивания. Термическую обработку водорастворимого кристалла с нанесенной пленкой просветляющего покрытия осуществляют путем нагревания со скоростью не более 2°С в час в суховоздушном термостате до 50-150°С в течение 72-200 ч. Предложенный способ является простым и дешевым способом получения просветляющих мезопористых покрытий на основе кремнезема для водорастворимых кристаллов. Нанесением пленки просветляющего покрытия на водорастворимые кристаллы обеспечивают уменьшение отражения в спектральном диапазоне длин волн 400-1100 нм. 2 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.

1. Способ изготовления пленки просветляющего покрытия на основе мезопористого диоксида кремния для водорастворимых кристаллов, включающий синтез органозоля, нанесение готового органозоля на поверхность водорастворимого кристалла, термическую обработку поверхности водорастворимого кристалла с нанесенным органозолем, отличающийся тем, что для синтеза органозоля вводят в безводный изопропиловый спирт (ИПС) расчетное количество аммиака (NH₃), добавляют со скоростью, не превышающей 0,05 мл/мин, по каплям при интенсивном и непрерывном перемешивании на магнитной мешалке к полученному раствору расчетное количество тетраэтоксисилана (ТЭОС) и необходимое для синтеза количество этилового спирта EtOH (76% об.), затем раствор перемешивают в течение 5–7 часов, при этом мольные соотношения реагентов составляют ТЭОС:ИПС:NH₃:EtOH = 1:38:3:2, после этого полученную дисперсную систему выдерживают в закрытом реакторе при температуре 20±1°C не менее 20 сут, пленку просветляющего покрытия из готового органозоля наносят на поверхность водорастворимого кристалла методом контролируемого погружения и вытягивания, термическую обработку водорастворимого кристалла с нанесенной пленкой просветляющего покрытия осуществляют путем нагревания со скоростью не более 2°С в час в суховоздушном термостате до 50–150°C в течение 72–200 ч, причем нанесением пленки просветляющего покрытия на водорастворимые кристаллы обеспечивают уменьшение отражения в спектральном диапазоне длин волн 400–1100 нм.

2. Способ изготовления пленки просветляющего покрытия для водорастворимых кристаллов по п.1, отличающийся тем, что для получения пленки просветляющего покрытия толщиной от 50±10 нм до 250±10 нм скорость вытягивания водорастворимого кристалла из готового органозоля варьируют от 150±5 мм/мин до 50±5 мм/мин.

3. Способ изготовления пленки просветляющего покрытия для водорастворимых кристаллов по п.1, отличающийся тем, что толщину получаемой пленки просветляющего покрытия варьируют количеством погружений и вытягиваний водорастворимого кристалла из готового органозоля.