多功能复合光学纳米膜.pdf

多功能复合光学纳米膜，它涉及一种光学器件表面的膜。现有的膜在长期接受空间辐射环境作用后，这些薄膜会着色，光谱透过率明显下降。本发明各成分所占重量份数分别为：钛酸四丁酯1－4份，无水乙醇3－9份，乙酰丙酮3－9份，二甲基甲酰胺0.001－1份，盐酸0.01－1份，冰醋酸0.1－1份，0.02－1份的水，ZrCl40.001－0.04份，LaCl30.003－0.05份，In(NO3)30.0001－0.001份，SnCl40.00001－0.0004份。本发明制备的光学纳米膜中，纳米结构的尺寸可达到20－30nm；薄膜在可见及红外区的光谱透过率达到85％以上；在辐照剂量为2×1016particles/cm2的带电粒子辐照作用下光谱透过滤下降小于10％，使用本发明的纳米膜，可以延长光学器件的使用寿命，利于推广应用。

1.  一种多功能复合光学纳米膜，它的成分中包括钛酸四丁酯、无水乙醇、乙酰丙酮、二甲基甲酰胺、盐酸、冰醋酸和水，其特征在于它的成分中还包括ZrCl₄、LaCl₃、In(NO₃)₃和SnCl₄，各成分所占重量份数分别为：钛酸四丁酯1-4份，无水乙醇3-9份，乙酰丙酮3-9份，二甲基甲酰胺0.001-1份，盐酸0.01-1份，冰醋酸0.1-1份，0.02-1份的水，ZrCl₄0.001-0.04份，LaCl₃0.003-0.05份，In(NO₃)₃0.0001-0.001份，SnCl₄0.00001-0.0004份。

2.  根据权利要求1所述的多功能复合光学纳米膜，其特征在于各成分所占重量份数分别为：钛酸四丁酯2份，无水乙醇5份，乙酰丙酮5份，二甲基甲酰胺0.01份，盐酸0.03份，冰醋酸0.3份，0.2份的水，ZrCl₄0.008份，LaCl₃0.01份，In(NO₃)₃0.0005份，SnCl₄0.00007份。

3.  根据权利要求1或2所述的多功能复合光学纳米膜，其特征在于各成分所占重量份数分别为：钛酸四丁酯3份，无水乙醇7份，乙酰丙酮7份，二甲基甲酰胺0.07份，盐酸0.08份，冰醋酸0.8份，0.8份的水，ZrCl₄0.02份，LaCl₃0.04份，In(NO₃)₃0.0008份，SnCl₄0.0002份。

多功能复合光学纳米膜
技术领域：
本发明涉及一种光学器件表面的膜。
背景技术：
光学系统是航天器的重要有效载荷。在空间环境因素作用下，光学器件的表面性能将发生退化，从而导致整个系统的性能显著下降。因此，对光学表面进行防护是提高航天器可靠性和寿命的重要途径之一。目前，国内外多采用SiO₂、MgF₂、LiF等晶体薄膜作为空间光学表面的保护膜，这些薄膜的优点在于光谱透过性能好，对光学表面起到良好的保护作用。但在长期接受空间辐射环境作用后，这些薄膜会着色，光谱透过率明显下降。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种即使在长期空间辐射作用下仍会保持较高光谱透过率的多功能复合光学纳米膜，它的成分中包括钛酸四丁酯、无水乙醇、乙酰丙酮、二甲基甲酰胺、盐酸、冰醋酸和水，它的成分中还包括ZrCl₄、LaCl₃、In(NO₃)₃和SnCl₄，各成分所占重量份数分别为：钛酸四丁酯1-4份，无水乙醇3-9份，乙酰丙酮3-9份，二甲基甲酰胺0.001-1份，盐酸0.01-1份，冰醋酸0.1-1份，0.02-1份的水，ZrCl₄0.001-0.04份，LaCl₃0.003-0.05份，In(NO₃)₃0.000 1-0.001份，SnCl₄0.00001-0.0004份。本发明创造性地提出在二氧化钛纳米膜的基础上，通过掺杂In、Sn、Zr及La微量元素，在保证光学性能的条件下，提高了膜的电导率、耐辐照能力、光降解能力和表面硬度，获得了集防静电、抗辐照、自清洁、抗冲击等多功能于一身的新型光学防护膜。这种防护膜用于航天器的光学系统，将有效防止光学镜头、光学窗口及温控涂层等元器件地表面电荷累积以及由于辐照作用而导致的光学性能退化和粉尘碎片的冲击。同时，在空间太阳电磁辐射作用下，利用TiO₂的光催化降解功能，可以达到光学器件表面的自清洁，有效防止有机挥发物的污染；本发明制备的光学纳米膜中，纳米结构的尺寸可达到20-30nm；薄膜在可见及红外区的光谱透过率达到85％以上；对航天器常见有机污染物(如，有机硅油)的降解率可达到40-60％；薄膜的电阻值为10³～10⁴kΩ/□；在辐照剂量为2×10¹⁶particles/cm²的带电粒子辐照作用下(相当于宇宙空间10-15年带电粒子的辐照剂量)，光谱透过滤下降小于10％。在普通光学器件表面使用本发明的纳米膜，可以延长光学器件的使用寿命，利于推广应用。
具体实施方式：
具体实施方式一：本实施方式的成分中包括钛酸四丁酯、无水乙醇、乙酰丙酮、二甲基甲酰胺、盐酸、冰醋酸和水，它的成分中还包括ZrCl₄、LaCl₃、In(NO₃)₃和SnCl₄，各成分所占重量份数分别为：钛酸四丁酯1-4份，无水乙醇3-9份，乙酰丙酮3-9份，二甲基甲酰胺0.001-1份，盐酸0.01-1份，冰醋酸0.1-1份，0.02-1份的水，ZrCl₄0.001-0.04份，LaCl₃0.003-0.05份，In(NO₃)₃0.0001-0.001份，SnCl₄0.00001-0.0004份。
本发明的制备方法为公知技术：室温下，将钛酸四丁酯与所需的一半乙醇混合制成溶液A，将ZrCl₄和LaCl₃与二甲基甲酰胺混合制成B液，将另一半乙醇与水、盐酸、冰醋酸、SnCl₄混合制成C液，将In(NO₃)₃于20-90℃水浴下溶于乙酰丙酮溶液中，此溶液称为D。在剧烈搅拌下将溶液B、C及D依次缓慢逐、滴加地入A中即可形成均匀透明的溶胶，配制完后的溶胶继续搅拌稳定一段时间后即可获得浸涂液。
本发明膜的使用方法：利用浸涂法将配制好的溶液施于清洁的基材表面，迅速放在20-120℃烘箱中洪干15分钟，然后在放入200-800℃的马弗炉中热处理50-120分钟，随炉冷却后得到薄膜。
具体实施方式二：本实施方式各成分所占重量份数分别为：钛酸四丁酯2份，无水乙醇5份，乙酰丙酮5份，二甲基甲酰胺0.01份，盐酸0.03份，冰醋酸0.3份，0.2份的水，ZrCl₄0.008份，LaCl₃0.01份，In(NO₃)₃0.0005份，SnCl₄0.00007份。
具体实施方式三：本实施方式各成分所占重量份数分别为：钛酸四丁酯3份，无水乙醇7份，乙酰丙酮7份，二甲基甲酰胺0.07份，盐酸0.08份，冰醋酸0.8份，0.8份的水，ZrCl₄0.02份，LaCl₃0.04份，In(NO₃)₃0.0008份，SnCl₄0.0002份。
本发明的纳米膜可以应用于航天器的表面部件，特别是光学器件的防护，也可以应用于普通器件的抗辐照、防静电及除尘，所以只要是本发明的配方，就应在本发明的保护范围之内，而无论其作何种用途。