本發(fā)明涉及薄膜技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種新型光學(xué)多層梯度薄膜及其制備裝置。

背景技術(shù)：

光學(xué)薄膜是一種達(dá)到改變預(yù)定波段光的透射率和反射率效果的膜。一般說(shuō)來(lái)，膜層的厚度在光波長(zhǎng)的量級(jí)，可通過(guò)改變膜層的厚度來(lái)改變光學(xué)薄膜的作用波段。對(duì)于固定厚度的膜層，不同波段的光對(duì)應(yīng)的光程(即相位差)不同，其相干疊加后的強(qiáng)度不同，這就對(duì)應(yīng)著不同的透射率和反射率。當(dāng)前，光學(xué)薄膜已廣泛應(yīng)用于光學(xué)及光電子技術(shù)領(lǐng)域，用于制造各種具有特定光學(xué)效應(yīng)的儀器。

在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，光學(xué)效應(yīng)較好的光學(xué)薄膜對(duì)鍍膜材料的純度、對(duì)膜層的厚度和均勻性的要求比較高，因此其價(jià)格也較為昂貴，這就限制了這種光學(xué)薄膜向其他產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用和推廣。

另一方面多層薄膜技術(shù)是20世紀(jì)70年代發(fā)明的，它是利用兩種或兩種以上具有不同折射指數(shù)的透明熱塑性塑料重復(fù)組合形成若干層均勻平行的交替層薄膜。

在中國(guó)專利申請(qǐng)CN200910237622.5公開(kāi)的一種納米疊層復(fù)合材料制備裝置，主要包括有熔融塑化供料裝置、匯流器、層疊器、成型裝置，熔融塑化供料裝置、匯流器、層疊器、成型裝置前后依次串聯(lián)，熔體在層疊器入口被均分，沿各自流道扭轉(zhuǎn)、展開(kāi)、變薄，在疊層器出口匯合成一股多層熔體，然后進(jìn)入下一個(gè)疊層器，重復(fù)以上過(guò)程。通過(guò)層疊器的不斷分割、展開(kāi)、拉薄、匯合，最終得到具有指定層數(shù)的具有交替結(jié)構(gòu)的均勻復(fù)合材料，但是該方法不能夠?qū)崿F(xiàn)多層梯度薄膜的效果。

在中國(guó)專利申請(qǐng)CN201410767872.0公開(kāi)的一種新型光學(xué)聚合物復(fù)合薄膜的制作方法，在基底表面覆蓋光學(xué)薄膜。光學(xué)薄膜由M個(gè)單元膜疊加而成，每個(gè)單元膜由N層采用聚合物材料制成的光學(xué)膜層疊加而成，其中N＝2或者N＝3,每層光學(xué)膜層具有預(yù)定的膜厚，任意相鄰兩層光學(xué)膜層具有不同的折射率；將多層光學(xué)膜層疊放在基底表面采用滾壓裝置壓制而成，或者，利用多層共擠吹塑方式制成多層光學(xué)薄膜并粘覆在基體表面制成。但是該制作方法效率較低，并且不容易保證加工的精度。

目前，采用聚合物材料作為光學(xué)薄膜材料，生產(chǎn)工藝也較為成熟，為光學(xué)薄膜轉(zhuǎn)化為便于應(yīng)用的推廣的產(chǎn)品打下了良好的基礎(chǔ)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于背景技術(shù)存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種新型光學(xué)多層梯度薄膜及其制備裝置。

本發(fā)明提出了一種光學(xué)多層梯度薄膜，所述光學(xué)薄膜由2M組單元膜疊加而成，每個(gè)單元膜具有折射率相差較大的聚合物材料A和B交替而成N個(gè)相同的周期結(jié)構(gòu)，聚合物材料A的折射率為n₁，聚合物材料B的折射率為n₂。前M組實(shí)現(xiàn)對(duì)一種波段(例如紫外線)的高反射，后M組實(shí)現(xiàn)對(duì)另一種波段(例如紅外線)的高反射。

所述單元膜滿足nd＝λ/4，其中n為聚合物材料的折射率，d為材料的單層厚度，λ為單元膜反射帶中心波長(zhǎng)。

所述單元膜中，聚合物材料A與聚合物材料B周期結(jié)構(gòu)厚度比值為對(duì)應(yīng)折射率比值的倒數(shù)，為n₂/n₁。

所述2M組單元膜反射帶中心波長(zhǎng)分別為λ₁，λ₂，……，λ_2M。所述單元膜中聚合物材料A/聚合物材料B周期結(jié)構(gòu)的理論層厚依次是：第一組(λ₁/4n₁)/(λ₁/4n₂)，第二組(λ₂/4n₁)/(λ₂/4n₂)，……，第M組(λ_M/4n₁)/(λ_M/4n₂)，……，第2M組(λ_2M/4n₁)/(λ_2M/4n₂)。

上述本發(fā)明一種光學(xué)多層梯度薄膜的制備裝置，主要包括有熔融塑化供料裝置、匯流器、多個(gè)均勻?qū)盈B器、梯度膜厚層疊器、成型裝置，熔融塑化供料裝置、匯流器、多個(gè)均勻?qū)盈B器、梯度膜厚層疊器、成型裝置前后依次串聯(lián)，均勻?qū)盈B器有多個(gè)串聯(lián)起來(lái)，相鄰的均勻?qū)盈B器沿?cái)D出軸線的法向旋轉(zhuǎn)90度連接，匯流器將來(lái)自兩個(gè)熔融塑化供料裝置的兩股熔體按照聚合物材料A/聚合物材料B周期結(jié)構(gòu)厚度比疊合成具有兩層結(jié)構(gòu)的復(fù)合熔體，匯流器與均勻?qū)盈B器對(duì)接，均勻?qū)盈B器入口熔體通道尺寸與旋轉(zhuǎn)90度的出口的熔體通道面積相同，復(fù)合熔體沿寬度方向平均分割成t等分，每一等分在均勻?qū)盈B器中繼續(xù)向前流動(dòng)時(shí)旋轉(zhuǎn)90度并且展寬，在出口端相互匯流成為2×t層的疊層結(jié)構(gòu)，相鄰均勻?qū)盈B器的分層數(shù)相同，也可以不相同，該疊層結(jié)構(gòu)熔體進(jìn)入下一節(jié)均勻?qū)盈B器再平均分割成m等分，則可得到2×t×m層結(jié)構(gòu)熔體；以此類推可以得到任意多層(層數(shù)為x)結(jié)構(gòu)復(fù)合熔體。t和m為不小于2的整數(shù)，x為由t和m及均勻?qū)盈B器數(shù)量決定的整數(shù)。

若層數(shù)為x的多層復(fù)合熔體進(jìn)入一個(gè)梯度膜厚層疊器，熔體不再被均勻分割，而是沿寬度方向梯度分割成2M組，該梯度分布決定最終單元膜的厚度比例。梯度膜厚層疊器出口對(duì)應(yīng)的有沿厚度方向相同梯度分割的2M組，梯度膜厚層疊器出口得到2Mx層的復(fù)合熔體，每組有x層，M為不小于2的整數(shù)。最后與成型裝置連接，成型裝置保證厚度的相對(duì)關(guān)系不變而得到最終制品。例如:將兩種組分A和B的高分子熔體按照n₂:n₁，匯流后經(jīng)過(guò)串聯(lián)一節(jié)一分二和兩節(jié)一分五的三個(gè)均勻?qū)盈B器，而后進(jìn)入一定寬度比的M為4的梯度膜厚層疊器，得到總層數(shù)為2×(2×5×5)×(2×4)＝800層的多層復(fù)合熔體。該層狀熔體從成型裝置出來(lái)后，其結(jié)構(gòu)厚度比例保持不變，最終薄膜的厚度也得以確定。如果梯度膜厚層疊器的梯度分布為(λ₁/4n₁+λ₁/4n₂):(λ₂/4n₁+λ₂/4n₂):…:(λ_M4n₁+λ_M/4n₂):…:(λ_2M/4n₁+λ_2M/4n₂)，且成型裝置出口厚度為D，那么得到2M個(gè)單元膜厚度依次是：(λ₁/4n₁+λ₁/4n₂)S,(λ₂/4n₁+λ₂/4n₂)S，…，(λ_M/4n₁+λ_M/4n₂)S，…，(λ_2M/4n₁+λ_2M/4n₂)S，其中，S＝D/(λ₁/4n₁+λ₁/4n₂+λ₂/4n₁+λ₂/4n₂+…+λ_M/4n₁+λ_M/4n₂+…+λ_2M/4n₁+λ_2M/4n₂)。相應(yīng)地，每個(gè)單元組內(nèi)A/B周期結(jié)構(gòu)的厚度依次是：第1組(λ₁/4n₁)S和(λ₁/4n₂)S，第2組(λ₂/4n₁)S和(λ₂/4n₂)S，…，第M組(λ_M/4n₁)S和(λ_M/4n₂)S，…，第2M組(λ_2M/4n₁)S和(λ_2M/4n₂)S。

本發(fā)明中，所述新型光學(xué)多層梯度薄膜一方面在太陽(yáng)光譜的紫外波段(300-400nm)以及太陽(yáng)光譜中主要的紅外波段(800-1100nm)形成了近100％的反射，在可見(jiàn)光波段(400-800nm)具有較高的反射效率(80％以上)，可實(shí)現(xiàn)寬帶的紫外紅外反射譜。本發(fā)明利用兩種折射率相差較大的材料，可實(shí)現(xiàn)多種波段的全反射，另一方面采用多個(gè)均勻?qū)盈B器、梯度膜厚層疊器實(shí)現(xiàn)膜厚可控成型，多層實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，層厚達(dá)到納米級(jí)，生產(chǎn)成本低，且具有非常廣泛的應(yīng)用。該新型光學(xué)多層梯度薄膜制備裝置的設(shè)計(jì)制造工藝簡(jiǎn)單，精度容易保證，并且對(duì)物料的適應(yīng)性和制造的效率有了大大提高。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一種光學(xué)多層梯度薄膜。

圖2是本發(fā)明一種光學(xué)多層梯度薄膜制備裝置。

圖3是本發(fā)明一種光學(xué)多層梯度薄膜制備裝置梯度膜厚層疊器中熔體流動(dòng)示意圖。

圖4是本發(fā)明一種光學(xué)多層梯度薄膜制備裝置梯度膜厚層疊器中熔體流動(dòng)入口正視圖。

圖5是本發(fā)明一種光學(xué)多層梯度薄膜的反射與透射譜。

圖中：1塑化供料裝置；2匯流器；3均勻?qū)盈B器；4均勻?qū)盈B器；5梯度膜厚層疊器；6成型裝置。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提出了一種光學(xué)多層梯度薄膜，在具體實(shí)施過(guò)程中，如圖1所示，所述的光學(xué)薄膜由八組單元膜疊加而成，即M＝4，反射兩個(gè)波段，每個(gè)單元膜具有由折射率分別為1.49±0.01和1.65±0.01的聚合物材料PMMA和PET交替而成50個(gè)相同的周期結(jié)構(gòu)，N＝50。前四組實(shí)現(xiàn)對(duì)紫外波段的高反射，后四組實(shí)現(xiàn)對(duì)紅外波段的高反射。

所述單元膜滿足nd＝λ/4，其中n為材料的折射率，d為材料的單層厚度，λ為單元膜中心波長(zhǎng)。

在具體實(shí)施過(guò)程中，PMMA/PET周期結(jié)構(gòu)厚度比值若為1.1，PMMA/PET周期結(jié)構(gòu)的厚度如下：第一組52.36nm/47.6nm，第二組55.66nm/50.6nm，第三組58.96nm/53.6nm，第四組62.26nm/56.6nm，第五組141.24nm/128.4nm，第六組151.25nm/137.5nm，第七組161.15nm/146.5nm，第八組171.16nm/155.6nm。

本發(fā)明提出了一種光學(xué)多層梯度薄膜的制備裝置，如圖2所示，主要包括有熔融塑化供料裝置1、匯流器2、均勻?qū)盈B器一3、均勻?qū)盈B器二4、梯度膜厚層疊器5、成型裝置6，熔融塑化供料裝置1、匯流器2、均勻?qū)盈B器一3、均勻?qū)盈B器二4、梯度膜厚層疊器5、成型裝置6前后依次串聯(lián)，匯流器2將來(lái)自兩個(gè)熔融塑化供料裝置1的兩股聚合物材料熔體PMMA和PET按照厚度比例1.1:1疊合成具有兩層結(jié)構(gòu)的復(fù)合熔體，匯流器2與均勻?qū)盈B器一3對(duì)接，均勻?qū)盈B器一3入口熔體通道尺寸與旋轉(zhuǎn)90度的出口的熔體通道面積相同，復(fù)合熔體沿寬度方向平均分割成2等分，每一等分在均勻?qū)盈B器一3中繼續(xù)向前流動(dòng)時(shí)旋轉(zhuǎn)90度并且展寬，在出口端相互匯流成為2×2層的疊層結(jié)構(gòu)，均勻?qū)盈B器一3與均勻?qū)盈B器二4的分層數(shù)不相同，該疊層結(jié)構(gòu)熔體進(jìn)入兩節(jié)相同的均勻?qū)盈B器二4依次平均分割成5等分，則可得到2×(2×5×5)＝100層結(jié)構(gòu)熔體，x為100層。

該100層結(jié)構(gòu)熔體進(jìn)入如圖3所示的梯度膜厚層疊器5，熔體不再被均勻分割，而是沿寬度方向梯度分割成8組，圖4中8組通道的入口寬度比例為：4998:5313:5628:5943:13482:14437.5:15382.5:16338，前四組與后四組厚度差別較大，該梯度分布決定最終單元膜的厚度比例。梯度膜厚層疊器5出口對(duì)應(yīng)地有沿厚度方向相同梯度分割的八組，梯度膜厚層疊器5出口得到800層的復(fù)合熔體，每組有100層。最后與成型裝置6連接，成型裝置6保證厚度的相對(duì)關(guān)系不變而得到最終制品。在具體實(shí)施過(guò)程中，該成型裝置6出口厚度為81522nm，且成型裝置6保證厚度的相對(duì)關(guān)系不變，那么得到8個(gè)單元膜厚度依次是4998nm、5313nm、5628nm、5943nm、13482nm、14437.5nm、15382.5nm、16338nm的單元，每個(gè)單元組內(nèi)A/B的厚度如下：第一組52.36nm/47.6nm，第二組55.66nm/50.6nm，第三組58.96nm/53.6nm，第四組62.26nm/56.6nm，第五組141.24nm/128.4nm，第六組151.25nm/137.5nm，第七組161.15nm/146.5nm，第八組171.16nm/155.6nm。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。