浅析新型光学薄膜玻璃材料的设计与制备进展

王浩然

摘 要：随着科学技术的不断创新完善，社会电子行业、汽车行业以及航空行业得到进一步发展，原有玻璃材料已经无法满足它们的需求。要想在竞争激烈的经济市场始终占据一席之地，就必须不断提升自身的核心竞争力，引进应用最为先进的功能性平板玻璃材料。因此，社会各界人士开始高度关注和重视新型光学薄膜玻璃材料的设计、制备技术方面的研究工作，高性能薄膜玻璃材料的开发设计工作直接关系到未来社会科学和材料的发展。该文将进一步对新型光学薄膜玻璃材料的设计与制备展开分析与探讨。

关键词：新型光学薄膜 玻璃 材料设计 制备技术

中图分类号：TQ171 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）02（a）-0058-02

当前是一个经济全球化的时代，玻璃材料行业的发展要与时俱进，跟上时代前进的脚步。玻璃作为人们日常生活中经常见到的重要材料，被广泛应用在各个行业领域中，发挥着重要的作用。随着时间的不断推移，现代玻璃产品的材料功能变得越来越多样化，新型玻璃材料功能不仅仅能够满足市场材料的基本透光性，还可以保障材料的环保节能性。基于生物技术、电子技术、通信技术等新兴技术的创新发展背景下，市场不同行业对于玻璃材料性能要求也随之发生变化，新型光学薄膜玻璃材料的设计制备已经成为了玻璃行业的主要发展趋势之一。

1 光学薄膜玻璃材料的设计技术

1.1 建立完善的材料知识库和数据库技术

当前全球玻璃材料数据库不断向着智能化、网络化以及商业化的方向发展。比如，智能化技术的发展有效实现将材料数据库成功转化为专家系统；计算机网络则是把相互之间独立存在的数据库通过网络形式形成一个统一系统。应用材料数据知识库设计玻璃材料的典型例子，就是日本金属协会成员三岛良绩等人有效创建出计算机辅助合金设计系统，利用该系统去创新研发新型玻璃材料。现代玻璃薄膜行业已经形成了国家级的标准组织，该组织专门去收集整理来自世界各地的玻璃样品数据，从而为整个行业提供相关优质服务[1]。

1.2 计算机仿真技术在光学薄膜玻璃材料设计中的应用

材料企业通过科学应用计算机仿真模拟技术，能够有效开发出各种材料合成路线，帮助企业获取想要的目标材料，这样有利于设计人员去充分掌握了解到这些材料的具体结构，是当前设计光学薄膜玻璃材料最为有效的方法之一。

2 光学薄膜材料设计在玻璃材料领域的应用

2.1 玻璃性能、成分以及结构设计预测

设计工作人员通过使用先进的材料设计软件，能够合理改变玻璃材料成分和结构，从而控制其性能，随时可以获取到自身想要的玻璃材料，比如，J.De Bonfils等人应用分子动力学方法准确推算出了掺杂Eu3+的硼硅酸盐玻璃结构，同时还预测出了其荧光光谱。同样，在设计光学薄膜玻璃材料时，工作人员也可以使用材料设计软件去改变玻璃成分，计算出光学玻璃的实际结构特性。

2.2 玻璃光学膜材料的设计和性能预测

相关工作人员可以通过利用材料设计方法有效开发设计出不同功能的玻璃新膜层材料，当前玻璃材料研究人员已经在窗玻璃表层涂抹光电薄膜材料，这样不仅能够确保玻璃的透光功能，还实现了新的发电功能。根据相关研究机构的掺杂过渡族元素离子半径对SnO2薄膜光学性能影响实验结果显示，掺杂后的薄膜体系更为稳定，并且SnO2显现出了不同光学性质，能够被设计人员用来开发出新的产品性能[2]。

3 新型光学薄膜玻璃材料的制备技术

3.1 溅射制备技术

溅射法技术作为传统刚学薄膜材料制备技术，其工作原理是使剩余气体分子在强电场作用下发生电离，电离释放的正离子在电场作用下向阴极反向作高速运动，成功击到阴极表面后，将自身能量传递给位于阴极表面上的溅射靶子，只是靶子表面分子淀积在基体上形成制备人员所需要的薄膜。相较于一般的阴极溅射法不同，新的高频溅射法通过在两极之间融入高频电压，促使上半周吸附于极面的电荷在下半周时开始释放。高频溅射法被广泛用来淀积各种电介质材料，此膜结构较为紧密，被普遍用来制备光学膜。

3.2 电阻加热蒸发技术

材料市场中大多数的化合物材料往往只能通过使用间接蒸发的方式。工作人员通过使用一个装有并加热材料的蒸发源。合理蒸发源主要包括了三个不同要求：蒸发源材料与薄膜材料的反应、蒸发源材料的蒸气压和熔点以及薄膜材料的湿润性。其中最为常用的方法是通过使用高熔点的材料当做加热器，其相当于一个电阻，在电力流过后产生热量，电阻率会开始慢慢增加，当温度达到1 000 ℃时蒸发源的电阻率为冷却时的4～5倍，加热器产生的焦耳热足以使蒸发材料的分子或者原子获取充足的动能而发生蒸发现象。电阻加热蒸发制备技术的优势在于制备设备简单、易操作，可以有效实现薄膜玻璃材料的淀积过程自动化，缺点在于很难避免蒸发源对膜料造成污染[3]。

3.3 电子枪式技术

电子枪式制备技术的工作原理是当金属处于高温状态时，其内部存在一些电力由于获得充足能量而释放出工作过程，这就是热电子发射现象，只要通过向其施加一定的电场，电子在电场中会向阳极方向发生移动，高度运动状态下的电子流在电磁场作用下，会主动形成细束轰击被镀材料表面，从而促使薄膜材料的蒸发。电子枪结构存在着很多形式，材料市场中應用较为普遍的是磁偏转e形枪，其能够有效克服二次电的影响。从灯丝发射的热电子经过阳极与阴极间的高压电场加速并且聚焦，然后再由磁场促使其发生偏转达到坩埚蒸发材料表面。因为蒸发薄膜材料与阳极是处于分开状态的，独立存在于磁场中，所以二次电子会因为受到磁场作用而发生二次偏转，这样也就最大程度减少了向基板发射的概率。

例如：在光学薄膜制备过程中，首先要找到合适的材料，通过利用高温氧化物（如TiO2、Y2O3），这些氧化物能够与SiO2匹配起来，从而制成光学性能良好的高反膜、减反膜以及偏振分光膜。而HfO2作为最佳高折射率材料，具备了偏低的吸收系数，在制备分光膜过程中，能够承受较高的损伤阀值。HfO2薄膜通过用电子束加热蒸发进行反应离子辅助淀积和低能反应离子辅助淀积法来制备。为了控制好光学薄膜的厚度，保障其良好的功能特性，可以采用石英晶体微量平衡法，通过利用仪器直接驱动蒸发源，在PID控制循环驱动挡板的作用下，维持正常的蒸发速率，制备人员只需要把仪器与系统控制软件有效连接在一起，就能够顺利完成整个镀膜过程。

4 结语

综上所述，材料设计作为现代重要技术手段，被广泛应用在现代光学薄膜玻璃材料设计工作中。高强度光学薄膜薄材料的制备具有更高的抗激光强度，通过采用现代激光预处理技术，能够最大化提高光学薄膜元件的LDT值。设计人员也可以通过使用计算机膜系设计出优化软件，成功设计出低损耗、利于制备的膜系。

参考文献

[1] 赵青南，董玉红，赵杰，等.减反射可见光与反射近红外线双功能镀膜玻璃[J].材料科学与工程学报，2012，30（1）：6-8.

[2] SHI Z，CUI Y-Z，HUANG S，et al.Dipolar Chromophore Facilitated Huisgen Cross-Linking Reactions for Highly Efficient and Thermally Stable Electrooptic Polymers[J].ACS Macro Letters，2012，1（7）：793-796.

[3] 赵联波，刘芳洋，邹忠，等.Zn靶与掺铝ZnO靶共溅射制备ZnO：Al薄膜及其性能[J].中国有色金属学报，2012，22（4）：1119-1124.