光变色薄膜模拟设计及制备技术.pdf
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1、 收稿日期:基金项目:国家自然科学基金()教育部博士点基金()作者简介:王淑娟()女甘肃天水人工程师硕士文章编号:()光变色薄膜模拟设计及制备技术王淑娟姚伟刚惠 超马 月吴 琼(西安益通热工技术服务有限责任公司陕西 西安)摘要:为提升光变色薄膜的耐溶剂、附着力等性能并推进其产业化发展利用理论模拟与试验相结合的方法研究制备不同结构的光变色薄膜 采用箱式热蒸发和卷对卷磁控溅射技术在 超薄 衬底上制备了不同介质材料和厚度结构的变色薄膜并对样品进行了光谱、光学显微、附着力及耐溶剂测试 结果表明:热蒸发制备的/样品可以实现预定的变色效果但光学显微测试发现热蒸发制备的薄膜存在大量的微观龟裂纹耐溶剂测试容易
2、剥离增加二氧化硅底层后制备的/结构薄膜可以在一定程度上减少龟裂纹但是耐溶剂性仍较差采用卷对卷磁控技术制备的/结构样品模拟设计的反射光谱曲线与实际制备的薄膜光谱曲线吻合度更好且薄膜样品附着力和耐溶剂性良好未出现龟裂现象适合批量化的薄膜制备及应用关键词:随角异色热蒸发磁控溅射复合薄膜中图分类号:.文献标志码:光干涉变色薄膜是一种利用多层复合薄膜光学干涉原理制备成的具有随角异色效果的特殊薄膜通常用于商标、护照、签证、证券、钞票和高端产品包装的大众防伪及装饰材料 随着生产技术的进步和工艺的改进光干涉变色薄膜的应用将更加广泛 但薄膜制备过程中的褶皱、耐溶剂、附着力等问题限制其进一步的发展 因此如何提升光
3、变色薄膜的性能推进其产业化发展成为该领域国内外学者持续研究的问题近些年随着柔性薄膜(、等)衬底材料技术的进步越来越薄的薄膜制备技术被开发出来这对薄膜的附着性、应力控制、耐溶剂性均提出了比较高的要求 等在柔性聚偏氟乙烯()塑料薄膜上采用模板法制备了具有完美 结构的新型图案化彩虹 塑料薄膜塑料薄膜表现出良好的柔韧性拉伸和压缩试验表明其具有优异的耐久性可用于纸币防伪 当视角从 增加到 时图案化的彩色 薄膜变成了 种不同的颜色状态但制备工艺较为复杂 本文采用热蒸发静态镀膜和卷对卷磁控溅射动态镀膜技术在超薄 衬底进行了光变色薄膜的制备重点解决了薄膜制备过程中的褶皱、耐溶剂、附着力等问题对工程化的光变色薄
4、膜的批量化制备技术提供了借鉴 试验方案采用光学薄膜设计软件对变色薄膜结构及厚度进行模拟设计分别设计了 种结构的变色薄膜分别为/结构采用箱式热蒸发()及卷对卷磁控溅射()镀膜技术对不同结构薄膜进行沉积 由于热蒸发镀膜系统无法实现补氧制备 介质层时容易缺氧形成不完全氧化物 从而造成介质折射率的不确定为后续变色效果的第 卷 第 期 年 月兰州工业学院学报 .实现带来困难 因而采用反应磁控溅射制备 薄膜具体样品结构及制备方法见表 表 组样品结构及制备工艺/()/()()/()对于变色薄膜的制备各层膜厚控制是十分关键的 本试验采用的电阻式热蒸发镀膜机配备有晶振式实时膜厚测量系统可以对多种材料膜厚进行精确
5、控制精度为.磁控溅射镀膜机无法实时进行膜厚检测故对于膜厚的控制采用换算的方式进行确定 采用 光学膜厚测试仪对确定功率下溅射的较薄 层和 进行膜厚测定利用镀膜过程中走速与膜厚的线性关系确定设计膜厚下的镀膜走速与功率参数 图()是采用光学膜厚仪测定的./走速不同 溅射功率下的膜厚结果 由于膜厚较薄时易于形成不连续薄膜这样可能导致膜厚测试的不准确性膜厚较厚时可见光透过率降低容易接近膜厚仪的极限也可能导致测试数据不准确 所以为了膜厚测试的准确性选择图中虚线范围内的膜厚数据 图中虚线范围内显示 膜厚度与功率基本呈现线性关系对于确定膜厚与走速的匹配性是相对精确的 图()所示为 膜厚与功率的关系很明显功率与
6、膜厚呈现非线性关系为了保证数据的可靠性选择中间功率即.并配合走速实现预定厚度 由于 膜厚度较薄(左右)采用光学膜厚仪测试存在误差最后一层 膜采用热蒸发镀膜系统制备采用 分光光度计对制备的薄膜的反射谱进行表征分析用光学显微镜对薄膜表面进行分析使用标准 胶带对膜层附着性进行测试使用酒精对薄膜耐溶剂性能进行测试 结果与讨论.变色效果模拟设计及优化采用软件对薄膜的变色效果进行模拟设计与优化 选取的高反射材料、介质层材料、半透金属层材料分别为、即模拟结构为/前面提到介质层材料厚度主要影响颜色色调可以通过调控介质层材料厚度实现多种变色效果因而重点优化在既定介质层厚度下吸收层和高反射层的厚度 为了方便吸收层
7、和高反射层厚度的优化控制近垂直入射时在可见光区尽可能保证颜色纯度较高即只出现单反射峰避免其它颜色峰干扰因而控制介质层 厚度为 由于一定厚度的 层即可实现高反射效果先确定 层厚度为 对 层厚度进行优化之后根据优化后的 层厚度再优化 层厚度 图()()分别展示了、层优化过程中的可见光区颜色峰的变化情况()层()层图 采用光学膜厚仪测试的 及 厚度与功率关系 由模拟结果可以看出吸收层厚度对颜色的饱和度影响较大当 吸收层厚度从 不断增加到 时反射峰强度变化不大半峰宽不断减小在 以上时减少的幅度变小 层厚度过 兰州工业学院学报 第 卷厚时反射峰红移严重会使色调发生明显变化同时考虑到实际制备过程中的连续成
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