Способ получения тонких наноструктурированных однослойных покрытий на основе диоксида кремния золь-гель методом в присутствии неорганических кислот и их солей
Владельцы патента RU 2450984:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет" (ТГУ) (RU)
Изобретение относится к тонкопленочным интерференционным покрытиям для просветления оптических элементов. Способ получения тонких наноструктурированных однослойных покрытий на основе диоксида кремния включает золь-гель процесс тетраалкоксида кремния в присутствии добавки соляной кислоты и хлорида иттрия, при наличии которой после нагревания образуется прозрачная пленка на основе диоксида кремния с просветляющим эффектом. Готовят пленкообразующий раствор при следующем соотношении компонентов, мас.%: тетраэтоксисилан - 4,37-5,81, кристаллогидрат хлорида иттрия - 6,65-8,67, соляная кислота - 0,01, 96% мас. этиловый спирт - остальное. После созревания его наносят на стеклянную подложку и подвергают ступенчатой термообработке. Нагревание образца проводят в атмосфере воздуха при 500-700°С в течение одного часа. Технический результат изобретения - снижение времени получения просветляющего нанопористого покрытия. 3 пр.
Изобретение относится к тонкопленочным интерференционным покрытиям для просветления оптических элементов.
Известен способ получения мезопористых смешанных оксидов ZrO2-SiO2 (статья В.Н.Витер «Золь-гель синтез мезопористых смешанных оксидов ZrO2-SiO2» // Журнал прикладная химия, 2010, Т.83, Вып.2. С.198-202) золь-гель методом с использованием оксохлорида циркония ZrOCl2·8H2O и тетраэтилортосиликата Si(OEt)4 в водно-этанольной среде в присутствии азотной кислоты. Расчетное количество ZrOCl2·8H2O растворяли в воде, добавляли этиловый спирт, Si(OEt)4 и HNO3. Смесь нагревали на водяной бане при 60°С в течение 1-3 ч, полученные гели высушивали и отжигали до получения оксидов. Недостатком известного способа является получение мезопористых оксидных систем только в виде порошков ксерогелей, что ограничивает область их практического использования.
Известен способ получения тонких просветляющих покрытий на основе мезопористого диоксида кремния золь-гель методом (статья Б.Б.Троицкий, В.Н.Денисов, М.А.Новиков и др. «Получение тонких просветляющих покрытий на основе мезопористого диоксида кремния золь-гель методом в присутствии карбоцепных полимеров, статических сополимеров // Журнал прикладной химии, 2008. Т.81. Вып.8. С.1365-1369) с низким показателем преломления 1,25-1,34 при использовании карбоцепных полимеров и статических сополимеров. Пленкообразующий раствор готовили на основе тетраэтоксисилана, изопропилового спирта, поливинбутираля или повивилинацетата и соляной кислоты. Покрытия получали на подложках их стекла при следующем режиме: стекла с покрытием оставляли при комнатной температуре в течение 12 ч, затем стекла с покрытием помещали в термостат при 150°С и нагревали со скоростью 5 град·мин-1 до температуры 500°С, при этой температуре выдерживали в течение 5-6 ч. Недостатком известного способа получения тонкопленочного однослойного покрытия является многоступенчатый режим получения и длительность времени получения.
Известен способ получения тонких просветляющих покрытий на основе мезопористого диоксида кремния золь-гель методом в присутствии олигомеров окиси этилена, олигомеров окиси пропилена (патент РФ 2368576, опубл. 27.09.2009, С03С 17/30), выбранный в качестве прототипа.
Способ получения тонких 50-150 нм однослойных просветляющих покрытий с низким показателем преломления 1,23-1,26 на основе мезопористо диоксида кремния на изделиях из силикатного стекла с максимумом пропускания 98,7-99,0% в видимой области спектра включает в себя золь-гель процесс тетраалкоксида кремния в присутствии органической добавки в концентрации 0,1-5,0 вес.%, лучше 1,0-3,5 вес.% к весу золя, с использованием техники EISA, нагревание образца с покрытиями в атмосфере воздуха при 300-600°С в течение нескольких часов с целью термического разрушения органической добавки. В качестве органической добавки, которая определяет самопроизвольное микроразделение неорганической и органической фаз при образовании твердого покрытия на стекле, используются олигомеры окиси этилена и олигомеры окиси пропилена различной молекулярной массы.
Недостатками известного способа является длительность процесса способа получения тонких просветляющих покрытий вследствие использования органической добавки, для термического разложения которой требуется несколько часов.
Задачей настоящего изобретения является разработка способа получения тонких наноструктирированных однослойных покрытий на основе диоксида кремния золь-гель методом в присутствии неорганических кислот и их солей с целью снижения времени получения просветляющего нанопористого покрытия.
Поставленная задача решается тем, что способ получения тонких наноструктурированных однослойных покрытий на основе диоксида кремния золь-гель методом в присутствии неорганических кислот и их солей включает золь-гель процесс тетраалкоксида кремния(тетраэтоксисилана) в присутствии добавки, при наличии которой в золь-гель процессе с последующим нагреванием образца с покрытием образуется прозрачная пленка на основе диоксида кремния с просветляющим эффектом, но в отличие от прототипа, нагревание образца проводят в атмосфере воздуха при 500-700°С в течение одного часа, в качестве добавки используют соляную кислоту, хлорид иттрия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Тетраэтоксисилан - 4,37-5,81
Кристаллогидрат хлорида иттрия - 6,65-8,67
Соляная кислота - 0,01
96% мас. этиловый спирт - остальное.
Примеры конкретного осуществления изобретения приведены ниже.
Пример 1.
Для приготовления 100 мл пленкообразующего раствора необходимо взять 8,67 г кристаллогидрата хлорида иттрия и растворить его в 70 мл 96 мас.% этилового спирта, затем добавить 4,10 мл тетраэтоксисилан с плотностью 0,94 г/см3, затем добавить 0,01 мл соляной кислоты с плотностью 1,19 г/см3 и довести до объема 100 мл этиловым спиртом. После созревания раствора в течение 24 ч ПОР наносят на стеклянную подложку методом центрифугирования и подвергают ступенчатой термообработке при температурах 60°С в течение 20 мин и при температурах 700°С в течение 1 ч, при этом получается тонкая пленка состава мезопористого диоксида кремния толщиной 75 нм с низким показателем преломления 1,26, обусловленным просветляющим эффектом.
Пример 2.
Для приготовления 100 мл пленкообразующего раствора необходимо взять 7,12 г кристаллогидрата хлорида иттрия и растворить его в 70 мл 96 мас.% этилового спирта, затем добавить 4,80 мл тетраэтоксисилан с плотностью 0,94 г/см3, затем добавить 0,01 мл соляной кислоты с плотностью 1,19 г/см3 и довести до объема 100 мл этиловым спиртом. После созревания раствора в течение 24 ч ПОР наносят на стеклянную подложку методом центрифугирования и подвергают ступенчатой термообработке при температурах 60°С в течение 20 мин и при температурах 700°С в течение 1 ч, при этом получается тонкая пленка на основе мезопористого диоксида кремния толщиной 55 нм с низким показателем преломления 1,25, обусловленным просветляющим эффектом.
Пример 3.
Для приготовления 100 мл пленкообразующего раствора необходимо взять 6,65 г кристаллогидрата хлорида иттрия и растворить его в 70 мл 96 мас.% этилового спирта, затем добавить 5,46 мл тетраэтоксисилан с плотностью 0,94 г/см3, затем добавить 0,01 мл соляной кислоты с плотностью 1,19 г/см3 и довести до объема 100 мл этиловым спиртом. После созревания раствора в течение 24 ч ПОР наносят на стеклянную подложку методом центрифугирования и подвергают ступенчатой термообработке при температурах 60°С в течение 20 мин и при температурах 700°С в течение 1 ч, при этом получается тонкая пленка состава мезопористого диоксида кремния толщиной 95 нм с низким показателем преломления 1,25, обусловленным просветляющим эффектом.
Способ получения тонких наноструктурированных однослойных покрытий на основе диоксида кремния золь-гель методом в присутствии неорганических кислот и их солей, включающий золь-гель процесс тетраалкоксида кремния в присутствии добавки, при наличии которой в золь-гель процессе с последующим нагреванием образца с покрытием образуется прозрачная пленка на основе диоксида кремния с просветляющим эффектом, отличающийся тем, что нагревание образца проводят в атмосфере воздуха при 500-700°С в течение одного часа, в качестве добавки используют соляную кислоту, хлорид иттрия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Тетраэтоксисилан | 4,37-5,81 |
| Кристаллогидрат хлорида иттрия | 6,65-8,67 |
| Соляная кислота | 0,01 |
| 96 мас.% этиловый спирт | Остальное |
