王浩然

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新完善，社會(huì)電子行業(yè)、汽車行業(yè)以及航空行業(yè)得到進(jìn)一步發(fā)展，原有玻璃材料已經(jīng)無法滿足它們的需求。要想在競(jìng)爭(zhēng)激烈的經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)始終占據(jù)一席之地，就必須不斷提升自身的核心競(jìng)爭(zhēng)力，引進(jìn)應(yīng)用最為先進(jìn)的功能性平板玻璃材料。因此，社會(huì)各界人士開始高度關(guān)注和重視新型光學(xué)薄膜玻璃材料的設(shè)計(jì)、制備技術(shù)方面的研究工作，高性能薄膜玻璃材料的開發(fā)設(shè)計(jì)工作直接關(guān)系到未來社會(huì)科學(xué)和材料的發(fā)展。該文將進(jìn)一步對(duì)新型光學(xué)薄膜玻璃材料的設(shè)計(jì)與制備展開分析與探討。

關(guān)鍵詞：新型光學(xué)薄膜 玻璃 材料設(shè)計(jì) 制備技術(shù)

中圖分類號(hào)：TQ171 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）02（a）-0058-02

當(dāng)前是一個(gè)經(jīng)濟(jì)全球化的時(shí)代，玻璃材料行業(yè)的發(fā)展要與時(shí)俱進(jìn)，跟上時(shí)代前進(jìn)的腳步。玻璃作為人們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常見到的重要材料，被廣泛應(yīng)用在各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域中，發(fā)揮著重要的作用。隨著時(shí)間的不斷推移，現(xiàn)代玻璃產(chǎn)品的材料功能變得越來越多樣化，新型玻璃材料功能不僅僅能夠滿足市場(chǎng)材料的基本透光性，還可以保障材料的環(huán)保節(jié)能性?；谏锛夹g(shù)、電子技術(shù)、通信技術(shù)等新興技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展背景下，市場(chǎng)不同行業(yè)對(duì)于玻璃材料性能要求也隨之發(fā)生變化，新型光學(xué)薄膜玻璃材料的設(shè)計(jì)制備已經(jīng)成為了玻璃行業(yè)的主要發(fā)展趨勢(shì)之一。

1 光學(xué)薄膜玻璃材料的設(shè)計(jì)技術(shù)

1.1 建立完善的材料知識(shí)庫和數(shù)據(jù)庫技術(shù)

當(dāng)前全球玻璃材料數(shù)據(jù)庫不斷向著智能化、網(wǎng)絡(luò)化以及商業(yè)化的方向發(fā)展。比如，智能化技術(shù)的發(fā)展有效實(shí)現(xiàn)將材料數(shù)據(jù)庫成功轉(zhuǎn)化為專家系統(tǒng)；計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)則是把相互之間獨(dú)立存在的數(shù)據(jù)庫通過網(wǎng)絡(luò)形式形成一個(gè)統(tǒng)一系統(tǒng)。應(yīng)用材料數(shù)據(jù)知識(shí)庫設(shè)計(jì)玻璃材料的典型例子，就是日本金屬協(xié)會(huì)成員三島良績(jī)等人有效創(chuàng)建出計(jì)算機(jī)輔助合金設(shè)計(jì)系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)去創(chuàng)新研發(fā)新型玻璃材料?，F(xiàn)代玻璃薄膜行業(yè)已經(jīng)形成了國家級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)組織，該組織專門去收集整理來自世界各地的玻璃樣品數(shù)據(jù)，從而為整個(gè)行業(yè)提供相關(guān)優(yōu)質(zhì)服務(wù)[1]。

1.2 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在光學(xué)薄膜玻璃材料設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

材料企業(yè)通過科學(xué)應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真模擬技術(shù)，能夠有效開發(fā)出各種材料合成路線，幫助企業(yè)獲取想要的目標(biāo)材料，這樣有利于設(shè)計(jì)人員去充分掌握了解到這些材料的具體結(jié)構(gòu)，是當(dāng)前設(shè)計(jì)光學(xué)薄膜玻璃材料最為有效的方法之一。

2 光學(xué)薄膜材料設(shè)計(jì)在玻璃材料領(lǐng)域的應(yīng)用

2.1 玻璃性能、成分以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)

設(shè)計(jì)工作人員通過使用先進(jìn)的材料設(shè)計(jì)軟件，能夠合理改變玻璃材料成分和結(jié)構(gòu)，從而控制其性能，隨時(shí)可以獲取到自身想要的玻璃材料，比如，J.De Bonfils等人應(yīng)用分子動(dòng)力學(xué)方法準(zhǔn)確推算出了摻雜Eu3+的硼硅酸鹽玻璃結(jié)構(gòu)，同時(shí)還預(yù)測(cè)出了其熒光光譜。同樣，在設(shè)計(jì)光學(xué)薄膜玻璃材料時(shí)，工作人員也可以使用材料設(shè)計(jì)軟件去改變玻璃成分，計(jì)算出光學(xué)玻璃的實(shí)際結(jié)構(gòu)特性。

2.2 玻璃光學(xué)膜材料的設(shè)計(jì)和性能預(yù)測(cè)

相關(guān)工作人員可以通過利用材料設(shè)計(jì)方法有效開發(fā)設(shè)計(jì)出不同功能的玻璃新膜層材料，當(dāng)前玻璃材料研究人員已經(jīng)在窗玻璃表層涂抹光電薄膜材料，這樣不僅能夠確保玻璃的透光功能，還實(shí)現(xiàn)了新的發(fā)電功能。根據(jù)相關(guān)研究機(jī)構(gòu)的摻雜過渡族元素離子半徑對(duì)SnO2薄膜光學(xué)性能影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，摻雜后的薄膜體系更為穩(wěn)定，并且SnO2顯現(xiàn)出了不同光學(xué)性質(zhì)，能夠被設(shè)計(jì)人員用來開發(fā)出新的產(chǎn)品性能[2]。

3 新型光學(xué)薄膜玻璃材料的制備技術(shù)

3.1 濺射制備技術(shù)

濺射法技術(shù)作為傳統(tǒng)剛學(xué)薄膜材料制備技術(shù)，其工作原理是使剩余氣體分子在強(qiáng)電場(chǎng)作用下發(fā)生電離，電離釋放的正離子在電場(chǎng)作用下向陰極反向作高速運(yùn)動(dòng)，成功擊到陰極表面后，將自身能量傳遞給位于陰極表面上的濺射靶子，只是靶子表面分子淀積在基體上形成制備人員所需要的薄膜。相較于一般的陰極濺射法不同，新的高頻濺射法通過在兩極之間融入高頻電壓，促使上半周吸附于極面的電荷在下半周時(shí)開始釋放。高頻濺射法被廣泛用來淀積各種電介質(zhì)材料，此膜結(jié)構(gòu)較為緊密，被普遍用來制備光學(xué)膜。

3.2 電阻加熱蒸發(fā)技術(shù)

材料市場(chǎng)中大多數(shù)的化合物材料往往只能通過使用間接蒸發(fā)的方式。工作人員通過使用一個(gè)裝有并加熱材料的蒸發(fā)源。合理蒸發(fā)源主要包括了三個(gè)不同要求：蒸發(fā)源材料與薄膜材料的反應(yīng)、蒸發(fā)源材料的蒸氣壓和熔點(diǎn)以及薄膜材料的濕潤性。其中最為常用的方法是通過使用高熔點(diǎn)的材料當(dāng)做加熱器，其相當(dāng)于一個(gè)電阻，在電力流過后產(chǎn)生熱量，電阻率會(huì)開始慢慢增加，當(dāng)溫度達(dá)到1 000 ℃時(shí)蒸發(fā)源的電阻率為冷卻時(shí)的4～5倍，加熱器產(chǎn)生的焦耳熱足以使蒸發(fā)材料的分子或者原子獲取充足的動(dòng)能而發(fā)生蒸發(fā)現(xiàn)象。電阻加熱蒸發(fā)制備技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于制備設(shè)備簡(jiǎn)單、易操作，可以有效實(shí)現(xiàn)薄膜玻璃材料的淀積過程自動(dòng)化，缺點(diǎn)在于很難避免蒸發(fā)源對(duì)膜料造成污染[3]。

3.3 電子槍式技術(shù)

電子槍式制備技術(shù)的工作原理是當(dāng)金屬處于高溫狀態(tài)時(shí)，其內(nèi)部存在一些電力由于獲得充足能量而釋放出工作過程，這就是熱電子發(fā)射現(xiàn)象，只要通過向其施加一定的電場(chǎng)，電子在電場(chǎng)中會(huì)向陽極方向發(fā)生移動(dòng)，高度運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的電子流在電磁場(chǎng)作用下，會(huì)主動(dòng)形成細(xì)束轟擊被鍍材料表面，從而促使薄膜材料的蒸發(fā)。電子槍結(jié)構(gòu)存在著很多形式，材料市場(chǎng)中應(yīng)用較為普遍的是磁偏轉(zhuǎn)e形槍，其能夠有效克服二次電的影響。從燈絲發(fā)射的熱電子經(jīng)過陽極與陰極間的高壓電場(chǎng)加速并且聚焦，然后再由磁場(chǎng)促使其發(fā)生偏轉(zhuǎn)達(dá)到坩堝蒸發(fā)材料表面。因?yàn)檎舭l(fā)薄膜材料與陽極是處于分開狀態(tài)的，獨(dú)立存在于磁場(chǎng)中，所以二次電子會(huì)因?yàn)槭艿酱艌?chǎng)作用而發(fā)生二次偏轉(zhuǎn)，這樣也就最大程度減少了向基板發(fā)射的概率。

例如：在光學(xué)薄膜制備過程中，首先要找到合適的材料，通過利用高溫氧化物（如TiO2、Y2O3），這些氧化物能夠與SiO2匹配起來，從而制成光學(xué)性能良好的高反膜、減反膜以及偏振分光膜。而HfO2作為最佳高折射率材料，具備了偏低的吸收系數(shù)，在制備分光膜過程中，能夠承受較高的損傷閥值。HfO2薄膜通過用電子束加熱蒸發(fā)進(jìn)行反應(yīng)離子輔助淀積和低能反應(yīng)離子輔助淀積法來制備。為了控制好光學(xué)薄膜的厚度，保障其良好的功能特性，可以采用石英晶體微量平衡法，通過利用儀器直接驅(qū)動(dòng)蒸發(fā)源，在PID控制循環(huán)驅(qū)動(dòng)擋板的作用下，維持正常的蒸發(fā)速率，制備人員只需要把儀器與系統(tǒng)控制軟件有效連接在一起，就能夠順利完成整個(gè)鍍膜過程。

4 結(jié)語

綜上所述，材料設(shè)計(jì)作為現(xiàn)代重要技術(shù)手段，被廣泛應(yīng)用在現(xiàn)代光學(xué)薄膜玻璃材料設(shè)計(jì)工作中。高強(qiáng)度光學(xué)薄膜薄材料的制備具有更高的抗激光強(qiáng)度，通過采用現(xiàn)代激光預(yù)處理技術(shù)，能夠最大化提高光學(xué)薄膜元件的LDT值。設(shè)計(jì)人員也可以通過使用計(jì)算機(jī)膜系設(shè)計(jì)出優(yōu)化軟件，成功設(shè)計(jì)出低損耗、利于制備的膜系。

參考文獻(xiàn)

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