氟硅烷嫁接的介孔氧化硅减反膜在真空中具有较好的环境稳定性

在高功率激光系统中需要用到大量光学元件，当激光穿过这些元件时会在其表面产生光学损失，因此需要在元件的表面镀制光学减反膜。传统溶胶凝胶法制备的多孔氧化硅光学减反膜在高真空中使用时，极易吸附环境中的有机污染物，从而在使用一段时间之后光学性能下降甚至消失。中国科学院山西煤炭化学研究所的一个课题组制备了一种新型的具有较好环境稳定性的光学减反膜，相关研究成果发表在2012年9月26日的《OPTICS LETTERS》上。

该研究中采用正硅酸乙酯为硅源，在表面活性剂F127为结构导向剂下经蒸发诱导自组装过程制备了笼型有序介孔氧化硅薄膜，后采用长链氟硅烷气相嫁接，使薄膜形成疏油表面和内部相对封闭的孔道结构，从而有效地阻挡污染物进入，提高薄膜的环境稳定性。测试结果发现该薄膜具有规整有序的孔道排列，归属于体心立方结构。在石英玻璃基底上光学透射率高达99.98 %；在高真空含有二甲基硅油蒸汽的环境中污染一个月，透射率仅降低0.02 %；而且该减反膜在1053 nm激光1 ns下激光损伤阈值达28 J/cm2。因此有潜力作为一种新型的光学减反膜用于高功率激光系统中。

利用北京同步辐射装置（BSRF）GISAXS实验技术解析了有序介孔薄膜的结构以及改变制备工艺时薄膜的结构演变。在本体系中，当表面活性剂与硅源的摩尔比为0.005时，薄膜为体心立方结构，增大表面活性剂含量，薄膜的结构得到保持但有序性下降。

这个研究为解决高功率激光系统中光学减反膜的环境稳定性问题提供了新思路。在同步辐射小角散射、衍射、漫散射装置的帮助下，该研究组深入地解析了不同制备条件和方法下有序介孔薄膜的结构变化。中国科学院山西煤炭化学所徐耀研究员这样描述他们的工作：“由于光学薄膜载体的影响，薄膜精细微结构表征手段较少，一直以来，使得我们对特殊使用环境下薄膜结构演变认识不够深入。同步辐射装置提供了无损、高效、信息丰富的测试方法，通过工艺调控便于对薄膜的结构进行精确控制。因此，高亮度、高准直的同步辐射光束线将有助于我们更快更准确地解析薄膜结构”。

发表文章：

Jinghua Sun, Baohu Wu, Hongbao Jia, Dong Wu, Yao Xu* Fluoroalkyl-grafted Mesoporous Silica AR Films with Enhanced Stability in Vacuum. OPTICS LETTERS 37, 4095-4097, 2012.