RU2371399C2 - Method of making antireflection coating based on mesoporous silica using sol-gel method in presence of certain polymers, static copolymers - Google Patents
Method of making antireflection coating based on mesoporous silica using sol-gel method in presence of certain polymers, static copolymers Download PDFInfo
- Publication number
- RU2371399C2 RU2371399C2 RU2007146114/04A RU2007146114A RU2371399C2 RU 2371399 C2 RU2371399 C2 RU 2371399C2 RU 2007146114/04 A RU2007146114/04 A RU 2007146114/04A RU 2007146114 A RU2007146114 A RU 2007146114A RU 2371399 C2 RU2371399 C2 RU 2371399C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sol
- copolymers
- organic additive
- coating
- mesoporous silica
- Prior art date
Links
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 43
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 title claims abstract description 20
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 title claims abstract description 17
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 title claims abstract description 15
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 title abstract 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 28
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 14
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 9
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 8
- 125000004185 ester group Chemical group 0.000 claims abstract description 8
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000000802 evaporation-induced self-assembly Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000005368 silicate glass Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 5
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 125000001033 ether group Chemical group 0.000 claims abstract description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000006259 organic additive Substances 0.000 claims abstract 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims abstract 2
- 239000012074 organic phase Substances 0.000 claims abstract 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract 2
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 claims abstract 2
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 claims description 12
- 229920005604 random copolymer Polymers 0.000 claims description 8
- 229920002689 polyvinyl acetate Polymers 0.000 claims description 4
- 239000011118 polyvinyl acetate Substances 0.000 claims description 4
- 239000004721 Polyphenylene oxide Substances 0.000 claims description 3
- 229920000570 polyether Polymers 0.000 claims description 3
- QYKIQEUNHZKYBP-UHFFFAOYSA-N Vinyl ether Chemical class C=COC=C QYKIQEUNHZKYBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 150000001241 acetals Chemical class 0.000 claims description 2
- 150000001252 acrylic acid derivatives Chemical class 0.000 claims description 2
- 150000002734 metacrylic acid derivatives Chemical class 0.000 claims description 2
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 claims description 2
- 229920001567 vinyl ester resin Polymers 0.000 claims description 2
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 claims 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 claims 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 17
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 11
- 239000002356 single layer Substances 0.000 abstract description 9
- 239000010409 thin film Substances 0.000 abstract description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 abstract 1
- 238000001429 visible spectrum Methods 0.000 abstract 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 16
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 14
- 239000010408 film Substances 0.000 description 11
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 11
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 8
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 239000012788 optical film Substances 0.000 description 7
- 238000004061 bleaching Methods 0.000 description 6
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 6
- VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N Methyl methacrylate Chemical compound COC(=O)C(C)=C VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000007888 film coating Substances 0.000 description 5
- 238000009501 film coating Methods 0.000 description 5
- 229920002037 poly(vinyl butyral) polymer Polymers 0.000 description 5
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-M Methacrylate Chemical compound CC(=C)C([O-])=O CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000003093 cationic surfactant Substances 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 4
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 4
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 125000001495 ethyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 229920006301 statistical copolymer Polymers 0.000 description 3
- SZNYYWIUQFZLLT-UHFFFAOYSA-N 2-methyl-1-(2-methylpropoxy)propane Chemical compound CC(C)COCC(C)C SZNYYWIUQFZLLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 2
- -1 butyl alcohols Chemical class 0.000 description 2
- HYBBIBNJHNGZAN-UHFFFAOYSA-N furfural Chemical compound O=CC1=CC=CO1 HYBBIBNJHNGZAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- ORUIBWPALBXDOA-UHFFFAOYSA-L magnesium fluoride Chemical compound [F-].[F-].[Mg+2] ORUIBWPALBXDOA-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 239000013335 mesoporous material Substances 0.000 description 2
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 2
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 2
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 150000004760 silicates Chemical class 0.000 description 2
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 2
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920002818 (Hydroxyethyl)methacrylate Polymers 0.000 description 1
- DURPTKYDGMDSBL-UHFFFAOYSA-N 1-butoxybutane Chemical compound CCCCOCCCC DURPTKYDGMDSBL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GOXQRTZXKQZDDN-UHFFFAOYSA-N 2-Ethylhexyl acrylate Chemical compound CCCCC(CC)COC(=O)C=C GOXQRTZXKQZDDN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WDQMWEYDKDCEHT-UHFFFAOYSA-N 2-ethylhexyl 2-methylprop-2-enoate Chemical compound CCCCC(CC)COC(=O)C(C)=C WDQMWEYDKDCEHT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HRPVXLWXLXDGHG-UHFFFAOYSA-N Acrylamide Chemical compound NC(=O)C=C HRPVXLWXLXDGHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M Acrylate Chemical compound [O-]C(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M Cetrimonium bromide Chemical compound [Br-].CCCCCCCCCCCCCCCC[N+](C)(C)C LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- WOBHKFSMXKNTIM-UHFFFAOYSA-N Hydroxyethyl methacrylate Chemical compound CC(=C)C(=O)OCCO WOBHKFSMXKNTIM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910017768 LaF 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-N Methacrylic acid Chemical compound CC(=C)C(O)=O CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WHNWPMSKXPGLAX-UHFFFAOYSA-N N-Vinyl-2-pyrrolidone Chemical compound C=CN1CCCC1=O WHNWPMSKXPGLAX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102220500397 Neutral and basic amino acid transport protein rBAT_M41T_mutation Human genes 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002319 Poly(methyl acrylate) Polymers 0.000 description 1
- XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-M Propionate Chemical compound CCC([O-])=O XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 1
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 1
- 229920000800 acrylic rubber Polymers 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000469 amphiphilic block copolymer Polymers 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N ceric oxide Chemical compound O=[Ce]=O CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000422 cerium(IV) oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- POLCUAVZOMRGSN-UHFFFAOYSA-N dipropyl ether Chemical compound CCCOCCC POLCUAVZOMRGSN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- POULHZVOKOAJMA-UHFFFAOYSA-M dodecanoate Chemical compound CCCCCCCCCCCC([O-])=O POULHZVOKOAJMA-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000013401 experimental design Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000005350 fused silica glass Substances 0.000 description 1
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 125000001449 isopropyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])(*)C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 150000002605 large molecules Chemical class 0.000 description 1
- 229940070765 laurate Drugs 0.000 description 1
- FPYJFEHAWHCUMM-UHFFFAOYSA-N maleic anhydride Chemical compound O=C1OC(=O)C=C1 FPYJFEHAWHCUMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 1
- 238000000386 microscopy Methods 0.000 description 1
- 150000007522 mineralic acids Chemical class 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- QIQXTHQIDYTFRH-UHFFFAOYSA-N octadecanoic acid Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCC(O)=O QIQXTHQIDYTFRH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 239000005304 optical glass Substances 0.000 description 1
- BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);tantalum(5+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ta+5].[Ta+5] BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001485 poly(butyl acrylate) polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920001490 poly(butyl methacrylate) polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920001483 poly(ethyl methacrylate) polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920002432 poly(vinyl methyl ether) polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920000120 polyethyl acrylate Polymers 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 125000001436 propyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000010583 slow cooling Methods 0.000 description 1
- 238000000935 solvent evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- PBCFLUZVCVVTBY-UHFFFAOYSA-N tantalum pentoxide Inorganic materials O=[Ta](=O)O[Ta](=O)=O PBCFLUZVCVVTBY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LFQCEHFDDXELDD-UHFFFAOYSA-N tetramethyl orthosilicate Chemical compound CO[Si](OC)(OC)OC LFQCEHFDDXELDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Paints Or Removers (AREA)
- Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
- Coating Of Shaped Articles Made Of Macromolecular Substances (AREA)
Abstract
Description
Тонкопленочные интерференционные покрытия для просветления оптических элементов широко применяются в оптической промышленности и в коммерческой индустрии (просветление экранов дисплеев, фотодетекторов, волоконных световодов и т.д.). Основным ограничением тонкопленочных просветляющих покрытий является невозможность их вакуумного напыления на оптические детали больших размеров (большеапертурная оптика на основе оптических элементов из плавленого кварца и оптических стекол различных марок, нелинейных водорастворимых кристаллов и др.).Thin-film interference coatings for the illumination of optical elements are widely used in the optical industry and in the commercial industry (enlightenment of display screens, photodetectors, fiber optical fibers, etc.). The main limitation of thin-film antireflection coatings is the impossibility of vacuum deposition on large optical parts (larger aperture optics based on optical elements from fused silica and optical glasses of various grades, nonlinear water-soluble crystals, etc.).
В общем случае, отражение света происходит на границе раздела двух материалов, например силикатного стекла и воздуха. При показателе преломления стекла n≈1,51 от двух поверхностей раздела стекла и воздуха отражается около 8,6% падающего под углом 0° света. Теоретически, чтобы уменьшить до минимума в пределе (0,0%) отражение света с длиной волны λ, нужно покрыть стекло прозрачной пленкой с показателем преломления nп=√n≈1,23 и оптической толщиной λ/4.In general, light reflection occurs at the interface between two materials, such as silicate glass and air. With a glass refractive index of n≈1.51, about 8.6% of the light incident at an angle of 0 ° is reflected from two glass-air interfaces. Theoretically, to minimize the reflection of light with a wavelength λ to a minimum (0.0%), it is necessary to cover the glass with a transparent film with a refractive index n p = √n≈1.23 and an optical thickness of λ / 4.
Однако пленкообразующих материалов с таким низким показателем преломления в природе не существует.However, film-forming materials with such a low refractive index do not exist in nature.
Например, низкие показатели преломления имеют фторированные соединения дифторид магния (показатель преломления 1,38), тефлон (показатель преломления 1,33), но показатели преломления этих веществ значительно больше теоретического значения 1,23. Поэтому в практике просветления оптических деталей нашли широкое применение многослойные покрытия: двухслойные, трехслойные, четырехслойные и т.д. (Н.А. Macleod, "Thin Film Optical Filters", Adam Hilger Ltd., Bristol, 1985). Двухслойные пленочные покрытия имеют строение M/L, где М - внутреннее (примыкающее к стеклу) покрытие определенной толщины с показателем преломления от 1,6 до 1,9, L - внешнее покрытие с низким показателем преломления менее 1,6. Трехслойные пленочные покрытия имеют структуру M/H/L, где М - внутреннее покрытие с показателем преломления от 1,6 до 1,9, Н - промежуточное покрытие с показателем преломления более 1,9 и L - внешнее покрытие с показателем преломления менее 1,6. Четырехслойные пленочные покрытия имеют структуру H/L/H/L, шестислойные - H/L/H/L/H/L и т.д.For example, fluorinated compounds of magnesium difluoride (refractive index 1.38), Teflon (refractive index 1.33) have low refractive indices, but the refractive indices of these substances are much higher than the theoretical value of 1.23. Therefore, in the practice of enlightening optical parts, multilayer coatings are widely used: two-layer, three-layer, four-layer, etc. (N.A. Macleod, "Thin Film Optical Filters", Adam Hilger Ltd., Bristol, 1985). Two-layer film coatings have an M / L structure, where M is an internal (adjacent to the glass) coating of a certain thickness with a refractive index of 1.6 to 1.9, L is an external coating with a low refractive index of less than 1.6. Three-layer film coatings have an M / H / L structure, where M is an inner coating with a refractive index of 1.6 to 1.9, H is an intermediate coating with a refractive index of more than 1.9, and L is an outer coating with a refractive index of less than 1, 6. Four-layer film coatings have the structure H / L / H / L, six-layer coatings have H / L / H / L / H / L, etc.
Материалами, которые имеют высокий показатель преломления (Н), являются, например, диоксид титана (2,35 при 520 нм), пентаоксид тантала (2,25 при 520 нм), диоксид циркония (2,05÷2,08 при 520 нм), диоксид олова (2,0 при 520 нм), диоксид церия (1,95 при 520 нм) и другие.Materials that have a high refractive index (H) are, for example, titanium dioxide (2.35 at 520 nm), tantalum pentoxide (2.25 at 520 nm), zirconia (2.05 ÷ 2.08 at 520 nm ), tin dioxide (2.0 at 520 nm), cerium dioxide (1.95 at 520 nm) and others.
Материалами с низким показателем преломления (L) являются, например, диоксид кремния (1,46 при 520 нм), дифторид магния (1,38 при 520 нм) и другие.Materials with a low refractive index (L) are, for example, silicon dioxide (1.46 at 520 nm), magnesium difluoride (1.38 at 520 nm) and others.
Материалами со средним показателем преломления (М) 1,6-1,9 являются Al2O3 (1,65), Sc2O3 (1,85), LaF3 (1,54), CeF3 (1,57), Dy2O3 (1,78) и другие.Materials with an average refractive index (M) of 1.6-1.9 are Al 2 O 3 (1.65), Sc 2 O 3 (1.85), LaF 3 (1.54), CeF 3 (1.57 ), Dy 2 O 3 (1.78) and others.
Различные варианты многослойных просветляющих покрытий на силикатном стекле хорошо известны и детально рассмотрены, например, в патентах США: S. Katsube, et al., №3958042, 1976; O.Kamiya, et al., №3960441, 1976; F.Onoki, et al., №4128303, 1978; H.Tani, №4387960, 1983; J.Rijpers, et al., №4798994, 1989; Y.Iida, et al., №5073481, 1991; R. Austin, №5147125, 1992; R. Austin, №5332618; P.Boire, №5618579, 1997; S.Machol, №5719705, 1998; P.Macquart, et al., №5935702, 1999; C.Bright, et al., №5981059; 1991; C.Anderson, et al., №6238781, 2001; J.Sopko, et al., №6436541, 2002; C.Anderson, et al., № 7005188, 2006.Various variants of multilayer antireflection coatings on silicate glass are well known and are discussed in detail, for example, in US patents: S. Katsube, et al., No. 3958042, 1976; O. Kamiya, et al., No. 3960441, 1976; F. Onoki, et al., No. 4,128,303, 1978; H. Tani, No. 4387960, 1983; J. Rijpers, et al., No. 4,798,994, 1989; Y. Iida, et al., No. 5073481, 1991; R. Austin, No. 5147125, 1992; R. Austin, No. 5332618; P. Boire, No. 5618579, 1997; S. Machol, No. 5719705, 1998; P. Macquart, et al., No. 5935702, 1999; C. Bright, et al., No. 5981059; 1991; C. Anderson, et al., No. 6,238,781, 2001; J. Sopko, et al., No. 6436541, 2002; C. Anderson, et al., No. 7005188, 2006.
В практике нанесения тонкопленочных просветляющих покрытий на оптические детали используются вакуумные технологии (Н.А.Macleod, "Thin Film Optical Filters", Adam Hilger Ltd., Bristol, 1985) и золь-гель метод (Н.В.Суйковская, "Химические методы получения тонких прозрачных пленок", Издательство «Химия», 1971, 199 стр.). В вакуумных технологиях применяется дорогостоящее оборудование, цена которого возрастает при увеличении размеров оптических деталей. Размеры оптических деталей ограничиваются размерами вакуумной камеры напылительной установки.In the practice of applying thin-film antireflection coatings on optical parts, vacuum technologies are used (N.A. Macleod, "Thin Film Optical Filters", Adam Hilger Ltd., Bristol, 1985) and the sol-gel method (N.V. Suikovskaya, "Chemical methods for producing thin transparent films ", Khimiya Publishing House, 1971, 199 pages). In vacuum technologies, expensive equipment is used, the price of which increases with increasing size of optical parts. The dimensions of the optical parts are limited by the dimensions of the vacuum chamber of the spraying unit.
Золь-гель процесс проще в экспериментальном исполнении и может быть использован для нанесения покрытий на оптические детали больших размеров.The sol-gel process is easier in experimental design and can be used for coating large optical parts.
В 1992 г. учеными Mobil Oil Corp. (США) сделано важное открытие в области синтеза новых наноматериалов (J.S.Beck, Пат. США №5057296, 1991 г.; J.S.Beck et al., Пат. США №5145816, 1992 г.; С.Т.Kresge et al., Nature, 1992, 359, 710). Ими разработан матричный синтез мезопористых силикатов и алюмосиликатов. Впервые получена группа мезопористых материалов M41S (МСМ-41 - гексагональная мезофаза, МСМ-48 - кубическая мезофаза, МСМ-50 - ламеллярная мезофаза) с регулярной, хорошо выраженной системой наноразмерных структур путем проведения золь-гель процесса в присутствии катионоактивного ПАВ. Ввиду относительной легкости синтеза новых мезопористых материалов и широких возможностей их практического использования в катализе, микроэлектронике, оптике, в качестве сенсоров и т.д. данное направление исследований в последующем очень бурно развивалось. В обзоре (Y.Wan, D.Zhao, Chem. Rev., 2007, 107, 2821), опубликованном в 2007 г. и посвященном только различным аспектам синтеза и свойств мезопористого диоксида кремния, приведено более 350 работ. Во всех этих работах золь-гель процесс проводится в присутствии различных классов поверхностно-активных веществ, которые играют роль матрицы, определяющей самоорганизацию неоргано-органических наноразмерных структур при образовании геля.In 1992, scientists at Mobil Oil Corp. (USA), an important discovery was made in the field of synthesis of new nanomaterials (JSBeck, US Pat. No. 5057296, 1991; JSBeck et al., US Pat. No. 5145816, 1992; S.T. Kresge et al., Nature, 1992, 359, 710). They developed a matrix synthesis of mesoporous silicates and aluminosilicates. For the first time, a group of M41S mesoporous materials was obtained (MCM-41 — hexagonal mesophase, MCM-48 — cubic mesophase, MCM-50 — lamellar mesophase) with a regular, well-defined system of nanoscale structures by conducting a sol-gel process in the presence of a cationic surfactant. In view of the relative ease of synthesis of new mesoporous materials and the wide possibilities of their practical use in catalysis, microelectronics, optics, as sensors, etc. this line of research subsequently developed very rapidly. In a review (Y. Wan, D. Zhao, Chem. Rev., 2007, 107, 2821), published in 2007 and devoted only to various aspects of the synthesis and properties of mesoporous silica, more than 350 works are presented. In all these works, the sol-gel process is carried out in the presence of various classes of surfactants, which play the role of a matrix that determines the self-organization of inorganic-organic nanoscale structures during gel formation.
Необходимо отметить, что в пионерских работах Mobil Oil Corp. мезопористые силикаты и алюмосиликаты были получены только в виде порошков. В 1997 г. (C.J.Brinker et al., Nature, 1997, 389, 364; C.J.Brinker, et al. Пат. США №5858457, 1999; C.J.Brinker, et al., Пат. США №6270846, 2001) разработана техника самоорганизации наноструктур, вызванной испарением растворителя [EISA (evaporation-induced self-assembly)], которая применена для нанесения нанопористых пленок диоксида кремния на подложку, и был открыт путь получения однослойных прозрачных покрытий с низким показателем преломления, обладающих практически теоретическим просветляющим эффектом. В этой работе в качестве матрицы - органического соединения, которое определяет самоорганизацию неоргано-органических наноразмерных структур в образующейся пленке, использовались катионоактивные ПАВ (цетилтриметиламмоний бромид и др.).It should be noted that in the pioneering work of Mobil Oil Corp. Mesoporous silicates and aluminosilicates were obtained only in the form of powders. In 1997 (CJBrinker et al., Nature, 1997, 389, 364; CJBrinker, et al. US Pat. No. 5,858,457, 1999; CJBrinker, et al., US Pat. No. 6,208,846, 2001), a technique was developed the self-organization of nanostructures caused by solvent evaporation [EISA (evaporation-induced self-assembly)], which is used to deposit nanoporous films of silicon dioxide on a substrate, and the way was opened to obtain single-layer transparent coatings with a low refractive index, with almost theoretical antireflection effect. In this work, cationic surfactants (cetyltrimethylammonium bromide, etc.) were used as a matrix — an organic compound that determines the self-organization of inorganic-organic nanoscale structures in the resulting film.
Нами обнаружено, что техникой EISA также можно получать просветляющие покрытия с низким показателем преломления (1,25-1,3) на основе нанопористого диоксида кремния, если вместо дорогостоящих и труднодоступных катионоактивных ПАВ в золь-гель процессе использовать дешевые и легкодоступные карбоцепные полимеры, содержащие боковые простые эфирные, боковые сложноэфирные группы, статистические сополимеры, содержащие боковые простые эфирные, боковые сложноэфирные группы, в концентрации 0,1-5,0 вес.%, лучше 0,5-3,0 вес.%, к весу композиции золя. Установлено, что имеется оптимальная концентрация полимера, статистического сополимера в золе, при которой получаются нанопористые покрытия с наименьшим показателем преломления, следовательно, наивысшим просветляющим эффектом. При уменьшении или увеличении концентрации полимера, статистического сополимера в золе от оптимального значения показатель преломления покрытия увеличивается и уменьшается просветляющий эффект. Необходимо отметить, что применение высокомолекулярных соединений в качестве порообразующих веществ при получении пленок мезопористого диоксда кремния на кремнии известно: K.R. Carter et al., Пат. США №5773197, 1998; K.R. Carter et al., Пат. США №5895263, 1999; C.J. Hawker et al., Пат. США №6107357, 2000; M. Nishikawa et al, Пат. США №6376634, 2002; A. Shiota et al., Пат. США №6406794, 2002; S. Jang et al., Пат. США №6495478, 2002; H. Wu et al., Пат. США №6495479, 2002; L.V. Interrante et al., Пат. США №6809041, 2004; M. Akiyama et al., Пат. США №2005/0096415, 2005; H. Tsuchiya et al., Пат. США №2006/0024980, 2006; H. Tsuchiya et al., Пат. США №7291567, 2007; B.K. Peterson et al., Пат. США №7294585, 2007. В этих патентах США раскрываются способы получения пленок мезопористого диоксида кремния золь-гель методом в присутствии полимеров только на подложках из кремния. Пленки предлагается использовать как диэлектрические слои с низкой константой диэлектрической проницаемости (К<3,0) в микроэлектронных схемах, поэтому измерялись диэлектрические постоянные пленок. В этих патентах США подложки из силикатного стекла, кварца и других оптических материалов не изучались, не изучались и оптические свойства (пропускание света или отражение света) оптических материалов, покрытых пленками из мезопористого диоксида кремния.We found that the EISA technique can also produce antireflection coatings with a low refractive index (1.25-1.3) based on nanoporous silicon dioxide, if instead of expensive and hard-to-reach cationic surfactants in the sol-gel process, cheap and readily available carbochain polymers containing lateral ether, lateral ester groups, random copolymers containing lateral ether, lateral ester groups, in a concentration of 0.1-5.0 wt.%, preferably 0.5-3.0 wt.%, by weight of the sol composition. It has been established that there is an optimal concentration of polymer, a random copolymer in ash, at which nanoporous coatings with the lowest refractive index and, therefore, the highest antireflection effect are obtained. With a decrease or increase in the concentration of the polymer, the statistical copolymer in the ash from the optimum value, the refractive index of the coating increases and the antireflection effect decreases. It should be noted that the use of high molecular weight compounds as pore-forming substances in the preparation of films of mesoporous silicon dioxide on silicon is known: K.R. Carter et al., Pat. US No. 5773197, 1998; K.R. Carter et al., Pat. US No. 5895263, 1999; C.J. Hawker et al., Pat. US No. 6107357, 2000; M. Nishikawa et al, Pat. US No. 6376634, 2002; A. Shiota et al., Pat. U.S. No. 6,406,794, 2002; S. Jang et al., Pat. US No. 6495478, 2002; H. Wu et al., Pat. US No. 6495479, 2002; L.V. Interrante et al., Pat. US 6809041, 2004; M. Akiyama et al., Pat. US2005 / 0096415, 2005; H. Tsuchiya et al., Pat. US2006 / 0024980, 2006; H. Tsuchiya et al., Pat. US No. 7291567, 2007; B.K. Peterson et al., Pat. US No. 7294585, 2007. These US patents disclose methods for producing mesoporous silica films by the sol-gel method in the presence of polymers only on silicon substrates. It is proposed to use films as dielectric layers with a low dielectric constant (K <3.0) in microelectronic circuits; therefore, the dielectric constants of films were measured. In these US patents, substrates of silicate glass, quartz, and other optical materials were not studied, and the optical properties (transmission of light or reflection of light) of optical materials coated with mesoporous silica films were not studied either.
В качестве карбоцепных полимеров, содержащих боковые простые эфирные группы, нами предлагаются: а) полиалкилвиниловые эфиры (поливинилметиловый эфир, поливинилэтиловый эфир, поливинилпропиловый эфир, поливинил-н-бутиловый эфир, поливинилизобутиловый эфир и другие аналогичные соединения с большим алкильным радикалом); б) поливинилацетали (поливинилформаль, поливинилэтилаль, поливинилбутираль, поливинилформальэтилаль, поливинилбутиральфурфураль).As carbochain polymers containing side ether ether groups, we offer: a) polyalkyl vinyl ethers (polyvinyl methyl ether, polyvinyl ethyl ether, polyvinyl propyl ether, polyvinyl n-butyl ether, polyvinyl isobutyl ether and other similar compounds with a large alkyl radical); b) polyvinyl acetals (polyvinyl formal, polyvinyl ethyl, polyvinyl butyral, polyvinyl formal formal ethyl, polyvinyl butyral furfural).
В качестве карбоцепных полимеров, содержащих боковые сложноэфирные группы, нами предлагаются: а) полиэфиракрилаты (полиметилакрилат, полиэтилакрилат, полипропилакрилат, полибутилакрилат, полигексилакрилат, полиоктилакрилат, поли-2-этилгексилакрилат, полинонилакрилат, полидецилакрилат, полидодецилакрилат и другие полиэфиракрилаты с большим алкильным радикалом в сложноэфирной группе); б) полиэфирметакрилаты (полиметилметакрилат, полиэтилметакрилат, полипропилметакрилат, полибутилметакрилат, полиоктилметакрилат, поли-2-этилгексилметакрилат, полинонилметакрилат, полидецилметакрилат, полидодецилметакрилат и другие полиэфирметакрилаты с большим алкильным радикалом в сложноэфирной группе); в) поливинилацетат, поливинилпропионат, поливиниллаурат, поливинилстеарат.As carbochain polymers containing side ester groups, we offer: a) polyester acrylates (polymethyl acrylate, polyethyl acrylate, polypropyl acrylate, polybutyl acrylate, poly-2-ethylhexyl acrylate, polyfluoroalkyl, polyalkyl, ); b) polyether methacrylates (polymethyl methacrylate, polyethyl methacrylate, polypropyl methacrylate, polybutyl methacrylate, polyoctyl methacrylate, poly-2-ethylhexyl methacrylate, polynonyl methacrylate, polydecyl methacrylate, polyhydrocylmethacrylate and other polyether ether) c) polyvinyl acetate, polyvinyl propionate, polyvinyl laurate, polyvinyl stearate.
В качестве карбоцепных статистических сополимеров, содержащих боковые простые эфирные группы, сложноэфирные группы, нами предлагаются сополимеры алкилакрилатов, сополимеры алкилметакрилатов, сополимеры винилацетата, сополимеры виниловых эфиров.As carbochain random copolymers containing side ether groups, ester groups, we offer alkyl acrylate copolymers, alkyl methacrylate copolymers, vinyl acetate copolymers, vinyl ester copolymers.
В качестве основного компонента при приготовлении золя могут быть использованы тетраалкоксисиланы: тетраметоксисилан, тетраэтоксисилан.As the main component in the preparation of the sol can be used tetraalkoxysilanes: tetramethoxysilane, tetraethoxysilane.
В качестве растворителя могут быть применены метиловый, этиловый, пропиловый, изопропиловый, бутиловый спирты, тетрагидрофуран. Перед применением растворители освобождаются от примесей по известным в литературе методикам. Вода - бидистиллат. Соотношение вода - тетраалкоксисилан (в молях) 4:1.As a solvent, methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl alcohols, tetrahydrofuran can be used. Before use, solvents are freed from impurities by methods known in the literature. Water is bidistillate. The ratio of water to tetraalkoxysilane (in moles) is 4: 1.
В качестве катализатора гидролиза тетраалкоксисиланов могут быть использованы неорганические кислоты: соляная кислота, азотная кислота, серная кислота, фосфорная кислота в концентрациях 1,5-4,0·10-3 моль на 1 моль тетраалкоксисилана.Inorganic acids can be used as a catalyst for the hydrolysis of tetraalkoxysilanes: hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, phosphoric acid in concentrations of 1.5-4.0 · 10 -3 mol per 1 mol of tetraalkoxysilane.
В качестве подложки использовали предметные силикатные стекла для микроскопии, показатель преломления стекла 1,506. Толщина стекла 2,0 мм, длина 20 мм, ширина 10 мм.Silicate slides for microscopy were used as the substrate; the refractive index of the glass was 1.506. Glass thickness 2.0 mm,
Поверхность стекол очищали от загрязнений погружением в раствор щелочи с перекисью водорода, стекла промывали водой, дистиллированной водой и сушили в термостате при 150°С в течение 6-8 часов. Приведенные ниже примеры иллюстрируют предмет изобретения.The glass surface was cleaned of impurities by immersion in a solution of alkali with hydrogen peroxide, the glasses were washed with water, distilled water and dried in an thermostat at 150 ° C for 6-8 hours. The following examples illustrate the subject matter of the invention.
Пример 1.Example 1
В стеклянную колбу на 50 мл помещали 1,0 мл тетраэтоксисилана (ТЭОС), 5,0 мл изопропилового спирта, добавляли воду (4:1 в молях к ТЭОС) и соляную кислоту в концентрации 3,0·10-3 моль на 1 моль ТЭОС. Стеклянную колбу закрывали и содержимое колбы перемешивали при комнатной температуре с помощью магнитной мешалки в течение 1-4 часов.In a 50 ml glass flask, 1.0 ml of tetraethoxysilane (TEOS), 5.0 ml of isopropyl alcohol were added, water (4: 1 in moles to TEOS) and hydrochloric acid were added at a concentration of 3.0 · 10 -3 mol per 1 mol TEOS. The glass flask was closed and the contents of the flask were stirred at room temperature using a magnetic stirrer for 1-4 hours.
В колбу вводили раствор поливинилбутираля в изопропиловом спирте, смесь перемешивали в течение 1,0 часа при комнатной температуре. Смесь разбавляли изопропиловым спиртом до концентрации 1,0 мас.% в пересчете на SiO2.A solution of polyvinyl butyral in isopropyl alcohol was introduced into the flask, the mixture was stirred for 1.0 hour at room temperature. The mixture was diluted with isopropyl alcohol to a concentration of 1.0 wt.% In terms of SiO 2 .
Покрытия наносили на стекло методом вращения со скоростью 500-2000 оборотов в минуту в течение нескольких минут при комнатной температуре. Стекла оставляли при комнатной температуре в течение 12 часов. Далее стекла с покрытиями помещали в термостат и нагревали со скоростью 5°С/мин от 150 до 500°С. При этой температуре образцы выдерживали 5-6 часов. После медленного охлаждения образцы вынимали из термостата и определяли их светопропускание в интервале длин волн 200-1100 нм на спектрометре Perkin-Elmer Lambda 25 с точностью ±0,1%.The coatings were applied to glass by rotation at a speed of 500-2000 rpm for several minutes at room temperature. Glasses were left at room temperature for 12 hours. Next, coated glasses were placed in a thermostat and heated at a speed of 5 ° C / min from 150 to 500 ° C. At this temperature, the samples were kept for 5-6 hours. After slow cooling, the samples were removed from the thermostat and their light transmission was determined in the wavelength range of 200-1100 nm on a Perkin-
Оптическую толщину пленок и их показатель преломления определяли на эллипсометре ЛЭФ-ЗМ1.The optical thickness of the films and their refractive index were determined on an LEF-ZM1 ellipsometer.
На фиг.1 представлены кривые светопропускания стекол без покрытия и с двусторонними однослойными покрытиями на основе нанопористого диоксида кремния.Figure 1 shows the light transmission curves of uncoated glasses and with double-sided single-layer coatings based on nanoporous silicon dioxide.
Стекло без покрытия имеет максимум светопропускания 91,1% при длинах волн 515-520 нм (кривая 1), светопропускание монотонно понижается до 83,3% при смещении длин волн в ближнюю ИК-область. Стекло не пропускает УФ-излучение с длиной волны менее 325 нм. Прозрачные покрытия из нанопористого диоксида кремния увеличивают светопропускание стекла (наблюдается эффект просветления) в интервале длин волн 350-1100 нм: кривая 2, добавка - 0,35 мас.%, кривая 3 - 1,0 мас.%, кривая 4 - 1,5 мас.%, кривая 5 - 2,0 мас.%. Эффект просветления зависит от концентрации поливинилбутираля в золе, сначала увеличивается, проходит через максимум и далее уменьшается с возрастанием концентрации добавки. Максимум пропускания 97,0% (просветление 5,9%) наблюдается при длинах волн 530-540 нм (кривая 3) при оптимальной концентрации поливинилбутираля, равной 1,0 вес.%. Оптическая толщина пленки 120 нм, показатель преломления - 1,34.Uncoated glass has a maximum transmittance of 91.1% at wavelengths of 515-520 nm (curve 1), the transmittance monotonically decreases to 83.3% when the wavelength is shifted to the near infrared region. Glass does not transmit UV radiation with a wavelength of less than 325 nm. Transparent coatings of nanoporous silicon dioxide increase the light transmission of glass (there is a bleaching effect) in the wavelength range of 350-1100 nm: curve 2, additive - 0.35 wt.%, Curve 3 - 1.0 wt.%, Curve 4 - 1, 5 wt.%, Curve 5 - 2.0 wt.%. The effect of enlightenment depends on the concentration of polyvinyl butyral in the ash, first increases, passes through a maximum and then decreases with increasing concentration of the additive. The maximum transmittance of 97.0% (clarification 5.9%) is observed at wavelengths of 530-540 nm (curve 3) with an optimal concentration of polyvinyl butyral equal to 1.0 wt.%. The optical film thickness is 120 nm, the refractive index is 1.34.
Пример 2.Example 2
Условия проведения эксперимента такие же, как и в примере 1, однако в качестве растворителя использовался тетрагидрофуран, а в качестве добавки использовался полиметилметакрилат. На фиг.2 приведены кривые светопропускания стекла без покрытия (кривая 1) и стекол с двусторонними однослойными покрытиями на основе мезопористого диоксида кремния, полученными золь-гель методом в присутствии разных концентраций полиметилметакрилата в золе: кривая 6, добавка - 1,0 мас.%, кривая 7 - 2,0 мас.%. Эффект просветления зависит от концентрации полиметилметакрилата в золе, сначала увеличивается, проходит через максимум и далее уменьшается с возрастанием концентрации полимера (фиг.2, кривые 6, 7). Максимум пропускания 98,4% (просветление 7,3%) наблюдается при длинах волн 540-550 нм (кривая 6) при оптимальной концентрации полимера, равной 1,0 вес.%. Оптическая толщина пленки 137 нм, показатель преломления 1,26.The experimental conditions are the same as in example 1, however, tetrahydrofuran was used as a solvent, and polymethyl methacrylate was used as an additive. Figure 2 shows the light transmission curves of uncoated glass (curve 1) and glasses with double-sided single-layer coatings based on mesoporous silica, obtained by the sol-gel method in the presence of different concentrations of polymethyl methacrylate in ash: curve 6, additive - 1.0 wt.% curve 7 - 2.0 wt.%. The effect of enlightenment depends on the concentration of polymethyl methacrylate in the ash, first increases, passes through a maximum and then decreases with increasing polymer concentration (figure 2, curves 6, 7). A transmission maximum of 98.4% (7.3% bleaching) is observed at wavelengths of 540-550 nm (curve 6) with an optimal polymer concentration of 1.0% by weight. The optical film thickness of 137 nm, the refractive index of 1.26.
Пример 3.Example 3
Условия проведения эксперимента такие же, как и в примере 2, однако в качестве добавки использовался статистический сополимер метилметакрилата с гидроксиэтилметакрилатом (5 мол.%). На фиг.3 приведены кривые светопропускания стекла без покрытия (кривая 1) и стекол с двусторонними однослойными покрытиями на основе нанопористого диоксида кремния, полученными золь-гель методом в присутствии разных концентраций сополимера в золе: кривая 8, добавка 0,5 мас.%, кривая 9 - 0,7 мас.%, кривая 10 - 1,0 мас.%.The experimental conditions are the same as in example 2, however, a random copolymer of methyl methacrylate with hydroxyethyl methacrylate (5 mol%) was used as an additive. Figure 3 shows the light transmission curves of uncoated glass (curve 1) and glasses with double-sided single-layer coatings based on nanoporous silicon dioxide obtained by the sol-gel method in the presence of different concentrations of copolymer in ash:
Эффект просветления зависит от концентрации сополимера в золе, сначала увеличивается, проходит через максимум и далее уменьшается с возрастанием концентрации добавки (фиг.3, кривые 8-10). Максимум пропускания 98,0% (просветление 6,9%) наблюдается при длинах волн 580-590 нм (кривая 9) при оптимальной концентрации сополимера, равной 0,7 мас.%. Оптическая толщина пленки 150 нм, показатель преломления 1,285.The enlightenment effect depends on the concentration of the copolymer in the ash, first increases, passes through a maximum and then decreases with increasing concentration of the additive (Fig. 3, curves 8-10). The maximum transmittance of 98.0% (clarification 6.9%) is observed at wavelengths of 580-590 nm (curve 9) with an optimal copolymer concentration of 0.7 wt.%. The optical film thickness of 150 nm, the refractive index of 1.285.
Пример 4.Example 4
Условия проведения эксперимента такие же, как и в примере 2, однако в качестве добавки использовался статистический сополимер метилметакрилата с метакриловой кислотой (20,0 мол.%). На фиг.4 приведены кривые светопропускания стекла без покрытия (кривая 1) и стекол с двусторонними однослойными покрытиями на основе нанопористого диоксида кремния, полученными золь-гель методом в присутствии разных концентраций сополимера в золе: кривая 11, добавка 0,5 мас.%, кривая 12 - 1,0 мас.%, кривая 13 - 1,2 мас.%, кривая 14 - 1,5 мас.%.The experimental conditions are the same as in example 2, however, a random copolymer of methyl methacrylate with methacrylic acid (20.0 mol%) was used as an additive. Figure 4 shows the light transmission curves of uncoated glass (curve 1) and glasses with double-sided single-layer coatings based on nanoporous silicon dioxide obtained by the sol-gel method in the presence of different concentrations of copolymer in ash: curve 11, additive 0.5 wt.%, curve 12 - 1.0 wt.%, curve 13 - 1.2 wt.%, curve 14 - 1.5 wt.%.
Эффект просветления зависит от концентрации сополимера в золе, сначала увеличивается, проходит через максимум и далее уменьшается с возрастанием концентрации добавки (фиг.4, кривые 11-14). Максимум пропускания 98,1% (просветление 7,0%) наблюдается при длинах волн 580-590 нм (кривая 12) при оптимальной концентрации, равной 1,0 вес.%. Оптическая толщина пленки 140 нм, показатель преломления 1,28.The effect of enlightenment depends on the concentration of the copolymer in the ash, first increases, passes through a maximum and then decreases with increasing concentration of the additive (figure 4, curves 11-14). The maximum transmittance of 98.1% (clarification 7.0%) is observed at wavelengths of 580-590 nm (curve 12) at an optimal concentration of 1.0 wt.%. The optical film thickness of 140 nm, the refractive index of 1.28.
Пример 5.Example 5
Условия проведения эксперимента такие же, как и в примере 2, однако в качестве добавки использовался статистический сополимер метилметакрилата с винилпирролидоном (10 мол.%). На фиг.5 приведены кривые светопропускания стекла без покрытия (кривая 1) и стекол с двусторонними однослойными покрытиями на основе мезопористого диоксида кремния, полученными золь-гель методом в присутствии разных концентраций сополимера в золе: кривая 15, добавка 0,5 мас.%, кривая 16 - 0,7 мас.%, кривая 17 - 1,0 мас.%, кривая 18 - 1,5 мас.%. Эффект просветления зависит от концентрации сополимера в золе, сначала увеличивается, проходит через максимум и далее уменьшается с возрастанием концентрации сополимера (фиг.5, кривые 15-18). Максимум пропускания 98,4% (просветление 7,3%) наблюдается при длинах волн 530-540 нм (кривая 17) при оптимальной концентрации сополимера, равной 1,0 вес.%. Оптическая толщина пленки 130 нм, показатель преломления 1,26.The experimental conditions are the same as in example 2, however, a random copolymer of methyl methacrylate with vinyl pyrrolidone (10 mol%) was used as an additive. Figure 5 shows the light transmission curves of uncoated glass (curve 1) and glasses with double-sided single-layer coatings based on mesoporous silicon dioxide obtained by the sol-gel method in the presence of different concentrations of copolymer in ash:
Пример 6.Example 6
Условия проведения эксперимента такие же, как и в примере 2, однако в качестве добавок использовались статистический сополимер метилметакрилата с акриламидом (5 мол.%) (фиг.6, кривая 19) и статистический сополимер метилметакрилата с малеиновым ангидридом (фиг.6, кривая 20). Максимумы пропускания 98,4% (просветление 7,3%) и 98,5% (просветление 7,4%) наблюдаются при длинах волн 540-550 нм при концентрации сополимеров, равной 1,0 вес.%. Оптическая толщина пленки 132 нм, показатель преломления 1,26.The experimental conditions are the same as in example 2, however, as additives, a statistical copolymer of methyl methacrylate with acrylamide (5 mol%) (Fig. 6, curve 19) and a statistical copolymer of methyl methacrylate with maleic anhydride (Fig. 6,
Пример 7.Example 7
Условия проведения эксперимента такие же, как и в примере 1, однако в качестве добавки использовался поливинилацетат. На фиг.7 приведены кривые светопропускания стекла без покрытия (кривая 1) и стекол с двусторонними однослойными покрытиями на основе мезопористого диоксида кремния, полученными золь-гель методом в присутствии разных концентраций поливинилацетата в золе: кривая 21, добавка 1,0 мас.%, кривая 22 - 1,5 мас.%. Максимум пропускания 98,6% (просветление 7,5%) наблюдается при длине волны 530 нм (кривая 22) при концентрации полимера, равной 1,5 вес.%. Оптическая толщина пленки 136 нм, показатель преломления 1,25.The experimental conditions are the same as in example 1, however, polyvinyl acetate was used as an additive. Figure 7 shows the light transmission curves of uncoated glass (curve 1) and glasses with double-sided single-layer coatings based on mesoporous silica obtained by the sol-gel method in the presence of different concentrations of polyvinyl acetate in ash:
Таким образом, из приведенных примеров следует, что предлагаемые в качестве органических соединений, которые определяют самоорганизацию неоргано-органических наноразмерных структур в образующейся пленке, добавки карбоцепных полимеров, статистических сополимеров в золь-гель процессе по технологии EISA при оптимальной концентрации соединений, приводят к образованию нанопористых покрытий на основе диоксида кремния с низким показателем преломления 1,25-1,34. Данные однослойные пленочные покрытия на силикатном стекле дают высокий просветляющий эффект.Thus, from the above examples it follows that the additives of carbochain polymers, random copolymers in the sol-gel process using the EISA technology at optimal concentration of compounds, which are proposed as organic compounds that determine the self-organization of inorganic-organic nanoscale structures in the resulting film, lead to the formation of nanoporous coatings based on silicon dioxide with a low refractive index of 1.25-1.34. These single-layer film coatings on silicate glass give a high antireflection effect.
Ранее (C.J.Brinker et al., Nature, 1997, 389, 364; C.J.Brinker et al., Пат. США №5858457, 1999; C.J.Brinker et al., Пат. США №6270846, 2001; Y.Wan, D.Zhao, Chem. Rev., 2007, 107, 2821) подобные нанопористые пленочные покрытия с низким показателем преломления на основе мезопористого диоксида кремния получались золь-гель процессом по технологии EISA только в присутствии труднодоступных и дорогих поверхностно-активных веществ, например катионоактивных ПАВ, амфифильных блок-сополимеров.Previously (CJBrinker et al., Nature, 1997, 389, 364; CJBrinker et al., US Pat. No. 5,858,457, 1999; CJBrinker et al., US Pat. No. 6,208,846, 2001; Y. Wan, D. Zhao, Chem. Rev., 2007, 107, 2821) similar low refractive index nanoporous film coatings based on mesoporous silica were obtained by the sol-gel process using the EISA technology only in the presence of hard-to-reach and expensive surfactants, for example, cationic surfactants, amphiphilic block copolymers.
Claims (1)
1) в качестве органической добавки, которая определяет самопроизвольное микроразделение неорганической и органической фаз при образовании твердого покрытия на стекле, используются полимеры, выбранные из группы:
карбоцепные полимеры, содержащие боковые простые эфирные группы (полиалкилвиниловые эфиры, поливинилацетали), карбоцепные полимеры, содержащие боковые сложноэфирные группы (полиэфиракрилаты, полиэфирметакрилаты, поливинилацетат), карбоцепные статистические сополимеры, содержащие простые эфирные группы, сложноэфирные группы (сополимеры алкилакрилатов, алкилметакрилатов, сополимеры винилацетата, сополимеры виниловых эфиров);
2) органическая добавка имеет оптимальную концентрацию в золе, при которой в золь-гель процессе с последующим нагреванием образца с покрытием образуется прозрачная пленка из мезопористого диоксида кремния с максимальным просветляющим эффектом. A method for producing thin 50-200 nm single-word antireflection coatings with a low refractive index of 1.25-1.34 based on mesoporous silica on silicate glass products with a transmission maximum of 97-98.6% in the visible spectral region, which includes a) the sol-gel process of silicon tetraalkoxide in the presence of an organic additive in a concentration of 0.1-5.0 wt.%, preferably 0.5-3.0 wt.% to the weight of the sol, using the technique of self-organization of nanostructures caused by evaporation of the solvent (EISA) b) heating the coated sample in an air atmosphere 300-600 ° C for several hours to thermal degradation of the organic additive, characterized in that
1) as an organic additive, which determines the spontaneous micro-separation of inorganic and organic phases during the formation of a solid coating on glass, polymers are used selected from the group:
carbochain polymers containing side ether groups (polyalkyl vinyl ethers, polyvinyl acetals), carbochain polymers containing side ester groups (polyether acrylates, polyester methacrylates, polyvinyl acetate), carbochain random copolymers containing ether groups, ester groups, alkyl copolymers, copolymers, alkyl copolymers copolymers of vinyl esters);
2) the organic additive has an optimal concentration in the ash, in which a transparent film of mesoporous silica with the maximum antireflection effect is formed in the sol-gel process, followed by heating the coated sample.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007146114/04A RU2371399C2 (en) | 2007-12-11 | 2007-12-11 | Method of making antireflection coating based on mesoporous silica using sol-gel method in presence of certain polymers, static copolymers |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007146114/04A RU2371399C2 (en) | 2007-12-11 | 2007-12-11 | Method of making antireflection coating based on mesoporous silica using sol-gel method in presence of certain polymers, static copolymers |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2007146114A RU2007146114A (en) | 2009-06-20 |
| RU2371399C2 true RU2371399C2 (en) | 2009-10-27 |
Family
ID=41025468
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007146114/04A RU2371399C2 (en) | 2007-12-11 | 2007-12-11 | Method of making antireflection coating based on mesoporous silica using sol-gel method in presence of certain polymers, static copolymers |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2371399C2 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2466948C2 (en) * | 2010-11-08 | 2012-11-20 | Учреждение Российской академии наук Институт металлоорганической химии им. Г.А. Разуваева РАН | Method of obtaining thin anti-reflective coatings based on mesoporous silicon dioxide by sol-gel method in presence of sinergistic binary system: non-ionogenic sas-oligoesters based on ethylene oxide or propylene oxide |
| RU2518612C1 (en) * | 2013-03-12 | 2014-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университете им. Д.И. Менделеева (РХТУ им. Д.И. Менделеева) | Method of obtaining silicon dioxide-based coatings |
| RU2713004C1 (en) * | 2018-11-27 | 2020-02-03 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлоорганической химии им. Г.А. Разуваева Российской академии наук | Method of obtaining coatings from silicon dioxide on silicate glass at low curing temperature of 60-90 °c, having increased hardness |
| US10723890B2 (en) | 2014-11-25 | 2020-07-28 | Ppg Industries Ohio, Inc. | Curable film-forming sol-gel compositions and anti-glare coated articles formed from them |
| RU2839768C1 (en) * | 2024-12-06 | 2025-05-12 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова Российской академии наук" (ИПФ РАН) | Method of antireflection coating film producing for water-soluble crystals |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR3066499A1 (en) * | 2017-05-19 | 2018-11-23 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | ELECTRICALLY CONDUCTIVE, TRANSPARENT OR SEMI-TRANSPARENT DEVICE BASED ON POLY (THIO- OR SELENO-) PHENIC POLYMERS AND POROUS SILICA NANOPARTICLES |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5858457A (en) * | 1997-09-25 | 1999-01-12 | Sandia Corporation | Process to form mesostructured films |
| US6270846B1 (en) * | 2000-03-02 | 2001-08-07 | Sandia Corporation | Method for making surfactant-templated, high-porosity thin films |
| RU2204153C2 (en) * | 1997-01-27 | 2003-05-10 | Питер Д. ХААЛАНД | Coatings, methods, and devices for reducing reflection from optical substrates |
| US7291567B2 (en) * | 2004-07-23 | 2007-11-06 | Jsr Corporation | Silica-based film, method of forming the same, composition for forming insulating film for semiconductor device, interconnect structure, and semiconductor device |
-
2007
- 2007-12-11 RU RU2007146114/04A patent/RU2371399C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2204153C2 (en) * | 1997-01-27 | 2003-05-10 | Питер Д. ХААЛАНД | Coatings, methods, and devices for reducing reflection from optical substrates |
| US5858457A (en) * | 1997-09-25 | 1999-01-12 | Sandia Corporation | Process to form mesostructured films |
| US6270846B1 (en) * | 2000-03-02 | 2001-08-07 | Sandia Corporation | Method for making surfactant-templated, high-porosity thin films |
| US7291567B2 (en) * | 2004-07-23 | 2007-11-06 | Jsr Corporation | Silica-based film, method of forming the same, composition for forming insulating film for semiconductor device, interconnect structure, and semiconductor device |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| YUNFENG Lu, RAHUL Ganguli, CELESTE A. Drewien et al. Continuous formation of supported cubic and hexagonal mesoporous films by sol-gel dip-coating. Nature, 1997, vol.389, p.364-368. * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2466948C2 (en) * | 2010-11-08 | 2012-11-20 | Учреждение Российской академии наук Институт металлоорганической химии им. Г.А. Разуваева РАН | Method of obtaining thin anti-reflective coatings based on mesoporous silicon dioxide by sol-gel method in presence of sinergistic binary system: non-ionogenic sas-oligoesters based on ethylene oxide or propylene oxide |
| RU2518612C1 (en) * | 2013-03-12 | 2014-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университете им. Д.И. Менделеева (РХТУ им. Д.И. Менделеева) | Method of obtaining silicon dioxide-based coatings |
| US10723890B2 (en) | 2014-11-25 | 2020-07-28 | Ppg Industries Ohio, Inc. | Curable film-forming sol-gel compositions and anti-glare coated articles formed from them |
| RU2713004C1 (en) * | 2018-11-27 | 2020-02-03 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлоорганической химии им. Г.А. Разуваева Российской академии наук | Method of obtaining coatings from silicon dioxide on silicate glass at low curing temperature of 60-90 °c, having increased hardness |
| RU2839768C1 (en) * | 2024-12-06 | 2025-05-12 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова Российской академии наук" (ИПФ РАН) | Method of antireflection coating film producing for water-soluble crystals |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2007146114A (en) | 2009-06-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2371399C2 (en) | Method of making antireflection coating based on mesoporous silica using sol-gel method in presence of certain polymers, static copolymers | |
| CA2635132C (en) | Process for coating a glass plate | |
| KR100602076B1 (en) | Manufacturing method of multilayer optical system | |
| EP0708929B1 (en) | Composite material having a high refractive index, method of producing same and optically active material containing said composite material | |
| RU2466948C2 (en) | Method of obtaining thin anti-reflective coatings based on mesoporous silicon dioxide by sol-gel method in presence of sinergistic binary system: non-ionogenic sas-oligoesters based on ethylene oxide or propylene oxide | |
| US20130196140A1 (en) | Coated article with antireflection coating including porous nanoparticles, and/or method of making the same | |
| US20130194668A1 (en) | Method of making coated article including anti-reflection coating with double coating layers including mesoporous materials, and products containing the same | |
| EP1979770A2 (en) | Article comprising a mesoporous coating having a refractive index profile and methods for making same | |
| JP4955551B2 (en) | Production method of substrate coated with mesoporous layer and its application to ophthalmic optical components | |
| RU2368575C2 (en) | Method for production of thin antireflection layers based on mesoporous silicon dioxide by sol-gel method in presence of organic acids, functional derivatives of organic acids, esters of organic acids | |
| Geng et al. | Fabrication of superhydrophilic and antireflective silica coatings on poly (methyl methacrylate) substrates | |
| US20150109655A1 (en) | Functional multilayer system | |
| Yan et al. | Preparation of broadband antireflective coatings with ultra-low refractive index layer by sol-gel method | |
| EA028716B1 (en) | Transparent substrate clad with a stack of mineral layers one of which is porous and covered | |
| RU2368576C2 (en) | Method for production of thin antireflection layers based on mesoporous silicon dioxide by sol-gel method in presence of oligomers of ethylene oxide, oligomers of propylene oxide | |
| US7598595B2 (en) | Fabrication of nanoporous antireflection film | |
| Barton et al. | Properties of silica and silica-titania layers fabricated from silica sols containing fumed silica | |
| Troitskii et al. | Deposition of thin antireflection coatings based on mesoporous silicon dioxide by the sol-gel method in the presence of carbochain polymers and statistical copolymers | |
| CN1975465A (en) | Method for producing low-temperature germanium dioxide-organic modified silicate composite material | |
| WO2012049420A2 (en) | Item comprising a mesoporous layer protected by a coating acting as a barrier to the sebum, and production method | |
| RU2626105C1 (en) | Method of obtaining solar-gel coating based on silicon dioxide | |
| Troitskii et al. | Preparation of antireflection coatings from silicon dioxide on glass and quartz by the sol-gel method with oligoethers | |
| Kovalenko et al. | Sol-gel glassy antireflection GeO2-SiO2-Ag-Re films for solar cells and ir-devices | |
| WO2025142141A1 (en) | Liquid composition, film, optical component, optical device, and method for manufacturing optical device | |
| Kovalenko et al. | Sol-gel Glassy Antireflection GeO₂ SiO₂–Ag–Re Films for Solar Cells and IR-Devices |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121212 |