一种内嵌式金属网栅电磁屏蔽光学窗制备方法.pdf

一种内嵌式金属网栅电磁屏蔽光学窗制备方法属于光学窗技术领域；该方法首先制作二氧化钛溶胶；然后采用旋涂法在衬底上涂覆二氧化钛溶胶，并使二氧化钛溶胶自然干燥，形成裂缝模板；最后在裂缝模板表面连续刮涂掺有疏水溶剂的纳米银浆，直到纳米银浆充满裂缝，并在50～80℃温度范围内加热烘烤；本发明内嵌式金属网栅电磁屏蔽光学窗制备方法，可以实现在与现有技术相同效果的同时，省略现有技术必须的去除裂缝模板的步骤，节省制作时间和制作成本；同时，烘干后的纳米银浆嵌入到裂缝模板内，有效避免因纳米银浆损坏而造成光学窗电磁屏蔽性能被破坏的问题，此外，还考虑到二氧化钛溶胶厚度的变化会影响光学窗透光性能问题，给出了二氧化钛溶胶的合理厚度。

1.  一种内嵌式金属网栅电磁屏蔽光学窗制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤a，制作二氧化钛溶胶；
步骤b，采用旋涂法在衬底上涂覆厚度为2～5μm的二氧化钛溶胶，并使二氧化钛溶胶自然干燥，形成裂缝模板；
步骤c，在裂缝模板表面连续刮涂掺有疏水溶剂的纳米银浆，直到纳米银浆充满裂缝，并在50～80℃温度范围内加热烘烤。

2.  根据权利要求1所述的内嵌式金属网栅电磁屏蔽光学窗制备方法，其特征在于，步骤a具体为：
将体积份数为40～80份的乙醇和体积份数为0～40份的乙酸进行混合，得到第一混合液；
将体积份数为20份的钛酸丁酯在剧烈搅拌条件下缓慢加入第一混合液，得到第二混合液；
将体积份数为5～10份的无水乙醇，体积份数为8～13份的冰醋酸，和体积份数为1份的去离子水均匀混合，得到第三混合液；
将第三混合液以1～5滴/秒的速度滴入剧烈搅拌的第二混合液中，得到第四混合液；
将第四混合液搅拌1h后，密封静置1～2天，得到二氧化钛溶胶。

3.  根据权利要求2所述的内嵌式金属网栅电磁屏蔽光学窗制备方法，其特征在于，所述的剧烈搅拌是指转速大于800r/min的磁力搅拌或超声振荡。

4.  根据权利要求1、2或3所述的内嵌式金属网栅电磁屏蔽光学窗制备方法，其特征在于，步骤b中，使二氧化钛溶胶自然干燥的条件为：温度为15～25℃，湿度为70～80％RH。

5.  根据权利要求1、2、3或4所述的内嵌式金属网栅电磁屏蔽光学窗制备方法，其特征在于，还包括步骤d，抛光裂缝模板表面。

一种内嵌式金属网栅电磁屏蔽光学窗制备方法
技术领域
一种内嵌式金属网栅电磁屏蔽光学窗制备方法属于光学窗技术领域。
背景技术
光学窗在遥测遥感、医疗诊断、保密通讯、航空航天装备等领域均具有广泛应用。传统的光学窗为单纯的电磁波透过窗口。然而，用电设备的不断增长，不仅会使电磁波的强度大幅增加，而且会使电磁波的波段不断拓宽，造成空间电磁环境日趋恶化，由于传统光学窗对电磁波具有通透性，因此电磁环境的恶化会对电磁敏感的设备产生不利影响。为了降低电磁干扰，需要在光学窗上增加电磁屏蔽功能。
名称为“电磁波屏蔽薄膜及其制造方法(申请号：200610084149.8)”，以及“具有圆环金属网栅结构的电磁屏蔽光学窗(申请号：200610010066.4)”等发明专利和学术论文，均公开了一类表面分布有线条宽度在微米或亚微米量级的周期金属网状图案的光学窗，这类光学窗具有明显的电磁屏蔽效果。然而，周期性或亚周期性图案，会使光学窗产生很强的光学衍射效应，从而降低了光学窗的光学性能。
申请号为201310122824.1的发明专利“一种基于龟裂模板法制备多孔金属薄膜透明导电电极的方法”，公开了一种电极制备方法，该方法利用二氧化钛溶液龟裂成的非周期龟裂模板，制作出非周期金属网状图案。如将其用于制作电磁屏蔽光学窗，具有解决高级次衍射能量分布不均匀问题的潜在能力。
然而，将该专利用于制作电磁屏蔽光学窗，所存在的问题如下：
由于采用了磁控溅射方式沉积导电金属，因此会使导电金属覆盖到裂缝模板表面，影响光学窗的透光性能；为了解决该问题，必须去除裂缝模板，这就会带来以下两个问题：
第一、增加了去除裂缝模板的步骤，浪费制作时间和制作成本；
第二、去除裂缝模板后，烘干后的纳米银浆会裸露在衬底之上，缺少保护，容易损坏，造成光学窗电磁屏蔽性能破坏。
发明内容
针对上述缺点和不足，本发明公开了一种内嵌式金属网栅电磁屏蔽光学窗制备方法，该方法可以在与申请号为201310122824.1的发明专利“一种基于龟裂模板法制备多孔金属薄膜透明导电电极的方法”具有相同效果的同时，省略步骤，节省制作时间和制作成本，并具有保护烘干后的纳米银浆的作用。
本发明的目的是这样实现的：
一种内嵌式金属网栅电磁屏蔽光学窗制备方法，包括以下步骤：
步骤a，制作二氧化钛溶胶；
步骤b，采用旋涂法在衬底上涂覆厚度为2～5μm的二氧化钛溶胶，并使二氧化钛溶胶自然干燥，形成裂缝模板；
步骤c，在裂缝模板表面连续刮涂掺有疏水溶剂的纳米银浆，直到纳米银浆充满裂缝，并在50～80℃温度范围内加热烘烤。
上述内嵌式金属网栅电磁屏蔽光学窗制备方法，步骤a具体为：
将体积份数为40～80份的乙醇和体积份数为0～40份的乙酸进行混合，得到第一混合液；
将体积份数为20份的钛酸丁酯在剧烈搅拌条件下缓慢加入第一混合液，得到第二混合液；
将体积份数为5～10份的无水乙醇，体积份数为8～13份的冰醋酸，和体积份数为1份的去离子水均匀混合，得到第三混合液；
将第三混合液以1～5滴/秒的速度滴入剧烈搅拌的第二混合液中，得到第四混合液；
将第四混合液搅拌1h后，密封静置1～2天，得到二氧化钛溶胶。
所述的剧烈搅拌是指转速大于800r/min的磁力搅拌或超声振荡。
上述内嵌式金属网栅电磁屏蔽光学窗制备方法，步骤b中，使二氧化钛溶胶自然干燥的条件为：温度为15～25℃，湿度为70～80％RH。
上述内嵌式金属网栅电磁屏蔽光学窗制备方法，还包括步骤d，抛光裂缝模板表面。
有益效果：
第一、由于连续刮涂掺有疏水溶剂的纳米银浆，其中，连续刮涂和疏水溶剂都可以避免纳米银浆覆盖到裂缝模板表面，因此不会出现因纳米银浆覆盖到裂缝模板表面而影响光学窗透光性能的问题，所以，无需去除裂缝模板，实现在与申请号为201310122824.1的发明专利“一种基于龟裂模板法制备多孔金属薄膜透明导电电极的方法”具有相同效果的同时，省略去除裂缝模板的步骤，节省制作时间和制作成本。
第二、由于没有去除裂缝模板，因此烘干后的纳米银浆嵌入到裂缝模板内，裂缝模板起到了对纳米银浆保护的作用，有效避免因纳米银浆损坏而造成光学窗电磁屏蔽性能被破坏的问题。
第三、限定了二氧化钛溶胶厚度为2～5μm；该参数所解决的技术问题在于：在众多厚度 参数选择范围中，2～5μm厚度范围内，形成的裂缝模板的裂缝宽度细小，裂缝几乎不发生翘曲，因此可以避免因翘曲造成裂缝宽度增加而降低光学窗透光性能的问题；此外，当厚度小于2μm时，纳米银浆很难充满裂缝，影响电磁屏蔽效果；而当厚度大于5μm时，高级次衍射能量分布不均匀问题又会出现。
附图说明
图1是本发明内嵌式金属网栅电磁屏蔽光学窗制备方法流程图。
图2是本发明方法步骤a所述二氧化钛溶胶的具体配置方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明具体实施方式作进一步详细描述。
具体实施例一
本实施例的内嵌式金属网栅电磁屏蔽光学窗制备方法，流程图如图1所示。该方法包括以下步骤：
步骤a，制作二氧化钛溶胶；
步骤b，采用旋涂法在衬底上涂覆厚度为2～5μm的二氧化钛溶胶，并使二氧化钛溶胶自然干燥，形成裂缝模板；
步骤c，在裂缝模板表面连续刮涂掺有疏水溶剂的纳米银浆，直到纳米银浆充满裂缝，并在50～80℃温度范围内加热烘烤。
具体实施例二
本实施例的内嵌式金属网栅电磁屏蔽光学窗制备方法，在具体实施例一的基础上，还包括步骤d，抛光裂缝模板表面。
步骤d所解决的技术问题在于：虽然在具体实施例一中已经使光学窗获得了较为理想的光学性能，但由于刮涂掺有疏水溶剂的纳米银浆也不可能保证纳米银浆完全不覆盖到裂缝模板表面，因此具体实施例一还有可以进一步提升光学性能的空间。对裂缝模板进行抛光，可以去除可能覆盖到裂缝模板表面的纳米银浆，进一步提高光学窗的透光性能。
以上实施例中，步骤a的具体配置方法如图2所示。为：
将体积份数为40～80份的乙醇和体积份数为0～40份的乙酸进行混合，得到第一混合液；
将体积份数为20份的钛酸丁酯在剧烈搅拌条件下缓慢加入第一混合液，得到第二混合液；
将体积份数为5～10份的无水乙醇，体积份数为8～13份的冰醋酸，和体积份数为1份的 去离子水均匀混合，得到第三混合液；
将第三混合液以1～5滴/秒的速度滴入剧烈搅拌的第二混合液中，得到第四混合液；
将第四混合液搅拌1h后，密封静置1～2天，得到二氧化钛溶胶。
其中，剧烈搅拌是指转速大于800r/min的磁力搅拌或超声振荡。
选择以上原料及配比所解决的技术问题在于：同申请号为201310122824.1的发明专利“一种基于龟裂模板法制备多孔金属薄膜透明导电电极的方法”相比，得到的二氧化钛溶胶含溶剂较多，在二氧化钛溶胶厚度为2～5μm的条件下，干燥过程较缓慢，利于应力缓慢释放，缓解裂缝模板翘曲，因此不会出现因翘曲造成裂缝宽度增加而降低光学窗透光性能的问题。
此外，在这些参数共同作用下，对得到的光学窗进行测试，发现不仅解决了高级次衍射能量分布不均匀的问题，而且达到了不发生明显衍射的效果，提高了光学窗的透光性能。
以上实施例中，步骤b中，使二氧化钛溶胶自然干燥的条件为：温度为15～25℃，湿度为70～80％RH。好处：此条件下，二氧化钛溶胶干燥缓慢，使裂缝模板形成过程中的应力均匀释放，同样起到缓解裂缝模板翘曲的作用。