CC BY
301
УДК 621.396
Б.В. Поллер*, В.А. Косинов**, О.В. Косинов**, А.В. Бритвин, Д.Е. Трушенко *ИЛФ СО РАН, ЗАО «СКБ», Новосибирск **Группа предприятий «Профиль», Новосибирск
О ХАРАКТЕРИСТИКАХ ОПТИЧЕСКИХ ПОЛИМЕРНЫХ ПЛЕНОК С НАНОПОКРЫТИЯМИ TIO2
B.V. Poller*, V.A. Kosinov**, O.V. Kosinov**, A.V. Britvin, D.E. Trushenko
ABOUT THE CHARACTERISTICS OF OPTICAL POLYMERIC FILMS WITH TIO2 NANOCOVERING
About some characteristic of polymeric film with titanium oxide cover.
В настоящее время значительно расширяется область использования оптических полимеров, к которым относят оптически прозрачные диэлектрики, такие как полиметилметакрилат (ПММА), полистирол (ПС), поликарбонаты, поливиниловый спирт (ПВС), акриловые смолы и др. Оптические полимеры применяются для изготовления различных оптических деталей, в последние годы они начали использоваться в волоконной оптике и в качестве сенсорных элементов [1-2].
Диоксид титана TiO2 является известным оптическим покрытием с коэффициентом преломления слоя от 1,9 до 2,6 и пропусканием в области 0,4 -12,0 мкм [3] Применение диоксида титана в качестве наполнителя для полимеров ведет к увеличению стабильности, химической, тепловой и водостойкости [4].
В группе предприятий «Профиль» освоена технология нанесения диоксида титана на стекла для окон [3].
Данная технология позволяет получать покрытия с высокой повторяемостью свойств, с толщиной покрытия в диапазоне 20 - 30 нм. Сейчас она используется для получения окон с новыми улучшенными характеристиками теплоотражающих покрытий.
В рамках данной технологии были произведены опытные покрытия диоксидом титана ряда полимерных пленок изготовленных в ЗАО «СКБ» и исследованы некоторые оптические характеристики пленок.
Проводился эксперимент по напылению оксида титана на полимеры пригодные для изготовления планарных волноводов.
Цель эксперимента: проверка влияния оксида титана на спектральные характеристики полимеров.
Для эксперимента были изготовлены 4 образца:
Образец № 1 - силиконовая резина ST 4 с добавлением металлических
л
микрочастиц. Концентрация частиц ~ 400 ед/мм . Частицы распределены хаотично по всему объему полимера. Толщина образца 2,5 мм.
Образец № 2 - акриловая смола Акрилат 13. Образец изготовлен полимеризацией между двух стекал под УФ лампой, с предварительной дегазацией смолы. Толщина образца 1 мм.
Образец № 3 - пленка поливинилового спирта (ПВС). Пленка изготовлена высушиванием водного расплава полимера при комнатной температуре. Толщина образца 1 мм.
Образец № 4 - пленка ПЭТ толщиной 0,6 мм. После напыления пленка имеет равномерный изгиб.
На рис. 1 представлены графики пропускания образцов до и после напыления. Размер образцов 15*15 мм.
г)
Рис. 1. Пропускание пленок до и после покрытия ТЮ2: а) - силиконовая резина с микрочастицами; б) - акриллат 13; в) - ПВС; г) - ПЭТ
Как видно из графиков пленка оксида титана снижает пропускание материалов в области 200 - 1700 нм. На рис. 1в) видно, что у образца из ПВС наступило просветление материала в области 900 - 2700 нм.
Поверхность образца из акрилата несет на себе равномерно расположенные царапины небольшой глубины (~1-2 мкм), направленные в разные стороны. Пленка ТЮ2 из-за гибкости образца разломана на куски различного размера (рис. 2). Средняя площадь элемента 5 - 10 мкм .
Рис. 2. Вид пленки оксида титана на образце из акрилата
Пленка ПЭТ имеет ровную поверхность без вкраплений и заметных царапин.
Образцы из ПВС имеет ровную поверхность с неравномерно расположенными бугорками высотой до 5-7 мкм.
Поверхность образцов из силиконовой резины имеет бугристую конфигурацию (рис. 3) со средней высотой неоднородностей до 10 мкм.
Рис. 3. Поверхности образцов из силиконовой резины
Исследовался характер отражения пленками луча Не-№ лазера. Дистанция до образца L = 20 см, угол падения а = 45°. Замер мощности производился на расстоянии 20 см от образца.
Покрытие ТЮ2 значительно увеличило коэффициент отражения образцов (табл. 1).
Силиконовая резина с микрочастицами имеет диффузное отражение. При сканировании образца сильно изменяется конфигурация пучка. Отраженный пучок от образца с покрытием из оксида титана имеет прямоугольную форму, при сканировании образца изменяется соотношение сторон прямоугольника.
Таблица 1. Коэффициент отражения образцов
Материал образца Без покрытия, % С покрытием Ті02, %
Силиконовая резина с металлическими микрочастицами 3,08 13,24
Акрилат 3,08 6,32
Поливиниловый спирт 7,06 9,26
Пленка ПЭТ 7,79 13,97
Образцы из акриловой смолы имеют диффузное отражение, конфигурация пучка не изменяется.
Пленки из ПВС имеют диффузное отражение. Из-за кривизны образцов появляется второе изображение, пучок вытягивается в эллипс.
Пленка ПЭТ имеет диффузное отражение, конфигурация пучка не изменяется. При освещении пленки ПЭТ с покрытием Ті02 наблюдается интерференционная картина.
Как видно из измерений, наилучшей отражательной способностью обладает образец из пленки ПЭТ, до и после напыления оксида титана.
Также проводилось исследование влияния оксида титана на поляризацию излучения. Было определено влияние Ті02 на поляризацию излучения в пленке ПЭТ относительно образца без напыления. Поворот вектора поляризации составил 5,6°.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Справочник технолога - оптика / М.А. Окатов, Э.А. Антонов, А. Байгожин и др. - 2-е изд. - СПб.: Политехника, 2004. - 679 с.
2. Технические свойства полимерных материалов: учеб.-справ. пособие / В.К. Крыжановский, В.В. Бурлов, А.Д. Паниматченко, Ю.В. Крыжановская. - 2е изд.- СПб.: Профессия, 2005. - 248 с.
3. Опыт разработки и эксплуатации компьютеризованной системы управления магнетронной установкой напыления на стекла для стеклопакетов / О.П. Кузнецов, М.М. Куниевский, Б.В. Поллер, В.А Косинов, О.В. Косинов, В.А. Васильев // Сб. матер. III Междунар. науч. конгр. «ГЕО-Сибирь-2007». -Новосибирск, 2007. - Т. 4., ч. 1. - С 231-232.
4. Перспективы использования магнетронного напыления Ті02 в теплотехнике, оптике и нанооптике / О.П. Кузнецов, М.М. Куниевский, Б.В. Поллер, В.А Косинов, О.В. Косинов, В.А. Васильев // Сб. матер. III Междунар. науч. конгр. «ГЕО-Сибирь-2007». - Новосибирск, 2007. - Т. 4., ч.1. - С 233-234.
© Б.В. Поллер, В.А. Косинов, О.В. Косинов, А.В. Бритвин, Д.Е. Трушенко, 2008
