防蓝光镀膜玻璃的制备与性能研究

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现代生活中各种电子屏幕和LED光源的使用为人们的生活增添了许多光彩,当人眼长时间注视电视、平板、手机屏幕时会产生疲劳感和酸涩感,原因是光源光谱中存在着过多的短波蓝光。波长在400~450nm的短波蓝光具有较高的能量,能够穿透晶状体直达视网膜,引起视网膜色素上皮细胞的萎缩甚至死亡,导致黄斑病变、白内障等。随着人们对蓝光认识的逐渐深入,采用防蓝光产品会大大降低患病风险提高生活质量。本文利用溶胶凝胶法,拟通过半导体掺杂和表面等离子体共振吸收的原理,在普通浮法玻璃表面镀制不同滤蓝光薄膜。首先通过半导体掺杂原理,向氧化钛滤光薄膜中掺杂能级丰富的Ce以达到减小禁带宽度的作用,使薄膜的光吸收限红移至蓝光波段,起到滤蓝光的作用。通过对该薄膜蓝光截止率的测试,实验发现以Ce掺杂氧化钛薄膜法对蓝光的截止十分有限,膜层吸收边红移不明显,且由于氧化钛的高折射率,会反射掉一部分可见光造成透过率下降。因此本文重点就表面等离子体共振吸收原理制备的另一种滤光薄膜进行研究。采用表面等离子体共振原理,制备出负载纳米银单质的薄膜,实现了对短波蓝光的截止,同时再加镀一层ZnO薄膜,实现了对近紫外的截止。并通过不同溶胶配比、热处理温度调节、紫外光照射还原等因素对薄膜性能进行了调控,得出了更优化的制备工艺。通过研究发现,以浮法玻璃锡面为基础,利用等离子体共振吸收原理制备的Ag/Si02膜层,对短波蓝光有着较强的吸收。实验发现浮法玻璃富锡面存在的Sn2+能还原Ag+成为Ag单质,且随着热处理温度的升高,基体中有更多的纳米银生成,粒径也逐渐变大。同时Si02膜层变的越致密,从而造成了蓝光吸收峰的展宽和峰位的红移,产生了较强的蓝光吸收。随着膜层厚度增加,ZnO薄膜对近紫外的截止较果也越好,紫外截止率为98%。优化实验发现,采用紫外光照射可以在纯净的石英玻璃表面或者浮法玻璃非锡面制备出Ag/Si02膜层。该方法可不需要富锡面来还原,不用向溶胶中加入热还原剂,制备出的薄膜中纳米银粒子粒径更细小、分布更为集中。对比相同截止率下的热还原试样和紫外光照射试样,后者外观黄色程度要更加浅。分析认为是由于热还原法制备的薄膜中纳米银粒子粒径更大,较大的纳米粒子能够对更大波长范围内的蓝光进行散射,所以其黄色程度也较深。以其中一个Ag/Si02薄膜样品为例,其蓝光截止率为66.3%,450~780 nm可见光透过率为85.62%,显微硬度能达到556 HV。在经过多种测试后膜层均无脱落、裂纹、蚀孔等现象,透过率变化在允许范围内,具有优良的耐候性能。
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