Kürzlich hat das Team von Weiping Wu in der Abteilung für Hochleistungslaserelementtechnologie und -technik am Shanghai Institute of Optics and Precision Machinery (SIPM) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) in Zusammenarbeit mit der Fudan-Universität Fortschritte bei der Antifouling-Behandlung erzielt der Oberfläche ultradünner nanooptischer Elemente. Das Team schlug einen neuen Typ eines „flüssigkeitsähnlichen“ ultraglatten Films mit Antifouling-Effekt vor, indem in situ eine flexible, flaschenbürstenförmige Organosiliciumpolymer-Monoschicht auf die Oberfläche eines optischen Substrats aufgepfropft wurde. Die transparente, ultraglatte Antifouling-Folie weist keine signifikante Abnahme der Durchlässigkeit im sichtbaren Bereich und nur eine Abnahme der Durchlässigkeit im Infrarotbereich von 3 % auf, was sie zu einer seltenen Lösung mit hoher Durchlässigkeit für hydrophobe Oberflächen im gesamten Spektrum macht. Die entsprechenden Forschungsergebnisse wurden im Journal of Materials Chemistry A unter dem Titel „Eine flauschige All-Siloxan-Flaschenbürstenarchitektur für flüssigkeitsähnliche, rutschige Oberflächen“ veröffentlicht. Materialchemie A.
Optische Komponenten (optische Linsen, Fenster, Photovoltaikmodule usw.) werden in optischen Instrumenten, Mikroelektronik, Luft- und Raumfahrt, Energie und biomedizinischen Geräten verwendet. Optische Komponenten sind in der tatsächlichen Betriebsumgebung sehr anfällig für äußere Verunreinigungen, was die optische Durchlässigkeit von Fenstern verringert und die Empfindlichkeit des optischen Signals, die Bildqualität und die Zuverlässigkeit beeinträchtigt. Durch die Bildung von Umweltschadstoffen und die hervorragende Haltbarkeit der Schutzschicht kann die Oberfläche der optischen Komponenten einer Schutzbehandlung unterzogen werden, wodurch die Oberfläche der optischen Komponenten langfristig beständig gegen äußere Verschmutzung wird. Unterschiedliche optische Fenster erfordern jedoch eine hohe Durchlässigkeit in unterschiedlichen Wellenlängenbändern. Daher muss sichergestellt werden, dass die optische Leistung des optischen Elements selbst nicht verloren geht, während die Oberflächenschutzschicht die Schutzwirkung erzielt.
Diese Arbeit entwirft einen neuen flüssigkeitsähnlichen, superglatten Film. Durch einen einfachen zweistufigen Prozess, d. h. hydrolytische In-situ-Polykondensation auf der Oberfläche des Substrats und anschließende Silica-Hydrierung, wurde nach und nach eine flexible Flaschenbürsten-Molekülstruktur mit „Silikonrückgrat und Seitenketten“ auf der Oberfläche des Substrats aufgebaut Reaktion. Im Gegensatz zu herkömmlichen speziellen benetzbaren Oberflächen (superhydrophob, superoleophob usw.) erfordern die ultraglatten Filme keine Vorbereitung von Oberflächen-Mikro-Nanostrukturen und haben eine Dicke von weniger als 5 nm, sodass sie nahezu keinen Einfluss auf die Oberfläche haben optische Eigenschaften des Substrats selbst. Darüber hinaus verfügen die flüssigkeitsähnlichen Super-Slick-Filme über hervorragende dynamische Gleiteigenschaften, wie z. B. eine sehr geringe Kontaktwinkelhysterese der Flüssigkeit auf der Oberfläche, eine höhere molekulare Pfropfoberflächendichte, eine Kontaktwinkelhysterese von nur 9,4 Grad und eine ultrahohe Breitbandtransparenz. Die Arbeit überprüft die Wirksamkeit und Haltbarkeit der Oberfläche in praktischen Anwendungsszenarien optischer Komponenten durch Öltropfen-, Vereisungs-, Staub- und Abriebfestigkeitstests, die für Anwendungen durchaus vielversprechend sind.
Die Forschungsarbeit wird von der National Natural Science Foundation of China und dem National Key Research and Development Program of China unterstützt.
▲Abb. 1 (a) Schematischer Aufbau des Super-Slip-Dünnfilms; (b) AFM-Foto; (c) Transmissionsspektren des Quarzsubstrats vor und nach der Behandlung.
▲Abb. 2 (a) Physikalische Fotos von Quarzplatten nach der Oberflächenbehandlung und Vergleich der Antifouling-Leistung vor und nach der Behandlung; vor und nach der Behandlung (b) Gleitwirkung von Öltröpfchen (n-Hexan) auf der Oberfläche und (c) Vergleich der Antifouling-Wirkung.
