本發(fā)明涉及光及電學(xué)材料，尤其涉及一種復(fù)合透明光及電學(xué)材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著科技的不斷發(fā)展，兼?zhèn)涔鈱W(xué)性能及電學(xué)性能的材料應(yīng)用前景日益廣泛，同時對材料的性能也提出了更高的要求。

2、在軍事、醫(yī)療、航空航天等高端技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)備周邊電磁復(fù)雜環(huán)境影響越來越多，對顯示或攝像產(chǎn)品的要求越來越高。高端顯示或探測成像領(lǐng)域所采用的透光材料需要同時具備如下性能：1，高透光性；2，低反射率(日光或強光光照環(huán)境下可讀)；3，良好的電磁兼容性(emc)；4，表面硬度較高；5，防眩光性能；6，色差較低，對于可見光(380納米-780納米)總透過色差：ax、ay<0.002，呈色中性；。這對復(fù)合透明光及電學(xué)材料的制備提出了很高的要求，同時也大幅增加了復(fù)合透明光及電學(xué)材料的制備工藝難度。

3、在高端的顯示及探測成像產(chǎn)品領(lǐng)域除了對于光的透過率有很高的要求之外，還要求具有較好的電磁兼容性、表面硬度、人機交互面達到強陽光下可讀、自潔靜能力等。目前尚無能夠滿足上述要求的相關(guān)材料。

4、為滿足透光導(dǎo)電材料的復(fù)合性能需求，現(xiàn)有的技術(shù)方案有采用多塊不同性能的玻璃光學(xué)膠合來實現(xiàn)：例如中國發(fā)明專利cn201610847264.x，將不同性能的透光材質(zhì)以光學(xué)膠水粘合，從而得到同時具有電磁屏蔽性、陽光可讀性的復(fù)合材料；現(xiàn)有技術(shù)的另一個技術(shù)路線是采用表面鍍膜技術(shù)來實現(xiàn)透光材料的復(fù)合性能：例如中國發(fā)明專利cn201810056467.6，采用鍍膜技術(shù)在基板上產(chǎn)生八個膜層，達到防眩光、降低表面反射和增加透光性的復(fù)合性能。

5、現(xiàn)有技術(shù)中，對基板表面進行真空鍍膜的主流技術(shù)包括蒸發(fā)鍍膜、濺射鍍膜和離子膜。電子束蒸發(fā)法是真空蒸發(fā)鍍膜的一種，是在真空條件下利用電子束進行直接加熱蒸發(fā)鍍膜介質(zhì)，使鍍膜介質(zhì)蒸發(fā)氣化并向基板輸運，在基板表面凝結(jié)形成鍍層的方法。在電子束加熱裝置中，被加熱的鍍膜介質(zhì)放置于帶有冷卻裝置的坩堝中，可避免鍍膜介質(zhì)蒸發(fā)后與坩堝壁發(fā)生反應(yīng)影響鍍層的質(zhì)量，因此，電子束蒸發(fā)沉積法可以制備高純薄膜鍍層，同時在同一蒸發(fā)沉積裝置中可以安置多個坩堝，實現(xiàn)同時或分別蒸發(fā)，沉積多種不同的鍍膜介質(zhì)。電子束蒸發(fā)可以對各類不同物理性質(zhì)的鍍膜介質(zhì)進行蒸發(fā)并形成鍍層。

6、現(xiàn)有技術(shù)中，可實現(xiàn)透明材料屏蔽的技術(shù)包括：納米銀絲印刷技術(shù)和金屬絲網(wǎng)夾層技術(shù)。

7、納米銀絲印刷技術(shù)(即屏蔽膜)，是通過在pv材料上涂覆光學(xué)膠層，隨后在光學(xué)膠層上壓印印刷規(guī)則或不規(guī)則具有極細小間隙的納米銀絲，銀絲起到屏蔽作用；銀絲之間留有微米級別的間隙，其間隙中基板材料自身透過率就是整個屏蔽膜透過率的指標。正是因為存在透光間隙，電磁屏蔽面并不連續(xù)，所以相同阻值情況下納米銀絲印刷技術(shù)屏蔽性能同比ito鍍膜效果差。又因pv材料是軟膜與玻璃材料熱脹冷縮系數(shù)差別大導(dǎo)致環(huán)境適應(yīng)性能差、同時銀絲的氧化性強，長期在高濕溫環(huán)境下會影響產(chǎn)品的可靠性。

8、將金屬絲網(wǎng)和玻璃通過熱熔光學(xué)膠實現(xiàn)兩種材料粘貼，采用兩層玻璃中間夾金屬絲網(wǎng)達到屏蔽作用，絲網(wǎng)中間間隙解決透過率的指標，金屬絲網(wǎng)夾層技術(shù)用于顯示屏產(chǎn)品會出現(xiàn)摩爾條紋，直接影響人機交互效果，因此金屬絲網(wǎng)夾層工藝不適合軍用、醫(yī)療、航空航天等高端需求顯示產(chǎn)品。

9、如前所述，現(xiàn)有技術(shù)多為解決應(yīng)用場景中的單一問題：如屏蔽問題、透光性問題或防眩光問題等，但無法通過一塊玻璃集幾種納米透明材料多層結(jié)構(gòu)同時解決多個在使用應(yīng)用中的問題。

10、進一步，由光學(xué)薄膜設(shè)計理論可知，在折射率為ng的基片上鍍以光學(xué)厚度為λ4的高折射率(n1)膜層后，在中心波長λ處的反射率為一極大值，其值可由下式計算：

11、當(dāng)一束光以θ角入射時，p光的光學(xué)導(dǎo)納為：η0＝n0cosθ0，η1＝n1cosθ1，ηg＝ngcosθg，這里θ0為入射角，θ1和θg分別是膜系中和基片中的折射角。

12、對于多層膜，當(dāng)膜層數(shù)為k(k＝1,2,3,…)時，膜系與基底組合的特征矩陣為：

13、

14、膜系與基底的組合導(dǎo)納為：

15、膜系的反射率為：

16、對p光η0＝n0cosθ0，ηj＝njcosθj，ηg＝ngcosθg

17、膜系的透過率為：t＝1-r

18、通過以上計算可知，采用14規(guī)整膜系設(shè)計的屏蔽膜的光學(xué)效果不佳，因此必須采用非規(guī)整膜系進行優(yōu)化設(shè)計。例如：設(shè)初始膜系結(jié)構(gòu)為g/lhlhlmhlhn/air，其中h、l、m、n分別代表h4、sio2、mgf2、ito，g為k9基底，air表示入射介質(zhì)空氣，借助光學(xué)薄膜設(shè)計軟件(essential?macleod/thin?film?calculator)，對基礎(chǔ)膜系進行推演。根據(jù)設(shè)計指標及精度的要求，對優(yōu)化目標賦予不同的權(quán)重因子，經(jīng)多次的優(yōu)化計算，可以推演得出滿足性能指標要求的理論設(shè)計方案。然而實踐中發(fā)現(xiàn)，按照理論設(shè)計方案試生產(chǎn)的光學(xué)鍍膜其實測性能指標常常與理論值差別較大?？梢?，對于多層鍍膜相互之間的折射、反射和透光關(guān)系，現(xiàn)有技術(shù)并未提供足夠的啟示?，F(xiàn)實生產(chǎn)中需要有經(jīng)驗的研發(fā)人員根據(jù)試驗的結(jié)果，對各項參數(shù)進行修正和優(yōu)化，才能最終得到性能指標要求可以達到實際需要的光學(xué)鍍膜產(chǎn)品。

19、鑒于上述目前對于采用多種不同的化學(xué)成分以及多層鍍膜來提升復(fù)合透明光及電學(xué)材料的性能尚沒有深入研究，多層鍍膜應(yīng)如何排列組合以發(fā)揮最佳的協(xié)同作用尚未見研究成果。鑒于此，多層復(fù)合透明光學(xué)及電學(xué)材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計和制備工藝仍是有待研究的技術(shù)領(lǐng)域。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供了一種復(fù)合透明光及電學(xué)材料及其制備方法，通過電子束蒸發(fā)工藝在基底層的一側(cè)或兩側(cè)分別依次疊加不同化學(xué)成分和不同厚度的鍍層，以實現(xiàn)陽光下可讀、高透過率、和良好的電磁兼容性等性能，滿足軍用、醫(yī)療、航空航天等高端需求。本發(fā)明專利利用復(fù)合材料和多層納米透明材料的特殊設(shè)計實現(xiàn)多重功能，同時解決電磁屏蔽性、陽光可讀等問題，同時具有優(yōu)良的防眩特性。

2、本發(fā)明首先提供了一種復(fù)合透明光及電學(xué)材料，其特征在于，該材料包括基底和a面復(fù)合鍍膜，所述的a面復(fù)合鍍膜由內(nèi)向外的結(jié)構(gòu)表達式為tryyrtryyrtr?ttf，下層面板、基底和a面復(fù)合鍍膜構(gòu)成的該材料的結(jié)構(gòu)表達式為mb/jd/tryyr?tryyrtrttf/air，其中，mb表示該材料與下層面板的接觸面，jd表示基底層，t代表鈦酸鑭材料層，r代表二氧化硅材料層，y代表氧化銦錫材料層，f代表氟化鎂材料層，air表示與外部空氣的接觸面，與基底層表面距離相對較近者為內(nèi)，距離相對較遠者為外。另需說明的是，所述外部環(huán)境，可能是大氣或真空環(huán)境，也可能是與所述復(fù)合透明光及電學(xué)材料接觸的其他材料，本發(fā)明對此不加限制。該材料與所述下層面板的接觸面可以采用框貼(所述框貼又稱為口字膠貼合，即以雙面膠將觸摸屏與顯示屏的四邊粘起來，兩塊屏中間的接觸面不粘合)；也可采用光學(xué)膠粘合接觸面(所述光學(xué)膠是用于膠結(jié)透明光學(xué)元件的特種膠粘劑，透光率通常在90％以上，包括但不限于有機硅膠、丙烯酸型樹脂及不飽和聚酯、聚氨酯、環(huán)氧樹脂等膠粘劑)。

3、所述的基底層可以是滿足光學(xué)需要的透明材質(zhì)，包括光學(xué)玻璃k9、bk7、bf33或d263t，或有機光學(xué)透明塑料pet、pmma、pc或tpu等，但本發(fā)明對此不加限制。

4、優(yōu)選地，所述的氧化銦錫復(fù)合材料層的化學(xué)成分的質(zhì)量份數(shù)比例為：氧化銦80～95％、氧化錫5～20％。

5、優(yōu)選地，所述的鈦酸鑭、二氧化硅、氧化銦、氧化錫、氟化鎂，均來自市售，純度要求為99％以上。

6、優(yōu)選地，所述的a面復(fù)合鍍膜由外向內(nèi)各層的厚度分別為：

7、f?106.48～117.69nm

8、t?63.82～70.54nm

9、t?66.50～73.50nm

10、r?53.62～59.26nm

11、t?24.02～26.55nm

12、r?46.95～51.90nm

13、y?86.36～95.45nm

14、y?85.50～94.50nm

15、r?48.45～53.55nm

16、t?24.23～26.78nm

17、r?47.70～52.72nm

18、y?80.72～89.21nm

19、y?79.8?0～88.20nm

20、r?37.77～41.74nm

21、t?12.68～14.01nm

22、更優(yōu)選地，所述的a面復(fù)合鍍膜由外向內(nèi)各層的厚度分別為：

23、f?112.09nm

24、t?67.18nm

25、t?70nm

26、r?56.44nm

27、t?25.29nm

28、r?49.43nm

29、y?90.90nm

30、y?90.0nm

31、r?51.00nm

32、t?25.50nm

33、r?50.21nm

34、y?84.97nm

35、y?84.00nm

36、r?39.76nm

37、t?13.35nm

38、優(yōu)選地，所述的該材料還包括b面復(fù)合鍍膜。

39、進一步優(yōu)選地，b面復(fù)合鍍膜由外向內(nèi)的結(jié)構(gòu)表達式為fttrtryyrtryyrt或ttrtryyrtryyrt，基底、a面復(fù)合鍍膜和b面復(fù)合鍍膜構(gòu)成的該材料的結(jié)構(gòu)表達式為air/fttrtryyrtryyrt/jd/tryyrtryyrtrttf/air或mb/ttrtryy?rtryyrt/jd/tryyrtryyrtrttf/air，且所述的b面復(fù)合鍍膜由內(nèi)向外各層的厚度分別與a面復(fù)合鍍膜由內(nèi)向外各層的厚度相同。

40、本發(fā)明還提供了一種前述復(fù)合透明光及電學(xué)材料的制備方法，包括如下步驟：

41、步驟s1：將基底層用超聲波清洗機洗凈、烘干后放入真空鍍膜機工件盤；

42、步驟s2：將所述基底層從室溫逐漸升溫至400℃的溫度，保持350～400℃的溫度30～60分鐘，起始真空度：4.0×10-4～8.0×10-4pa；

43、步驟s3：使用rf離子源轟擊基底層表面5～10分鐘，氣體流量40～80sccm(標準毫升/分鐘)；

44、步驟s4：采用電子束蒸發(fā)工藝，依次蒸發(fā)各種不同的鍍膜介質(zhì)，完成a面復(fù)合鍍膜各層的蒸鍍，通過鍍膜機實時監(jiān)控并控制各層鍍層的厚度，將鍍膜機控制系統(tǒng)進行每一層的厚度設(shè)定好，當(dāng)每一鍍層的鍍膜介質(zhì)蒸鍍完成，設(shè)備自動開始下一層的鍍制；其中，所述氧化銦錫材料層采用電子束蒸發(fā)法蒸鍍1次或多次；

45、步驟s5：蒸鍍完成后，待真空室溫度降至室溫后取出完成鍍膜的復(fù)合透明光及電學(xué)材料，得到結(jié)構(gòu)表達式為mb/jd/tryyrtryyrtrttf/air的復(fù)合透明光及電學(xué)材料；

46、步驟s6：在a面復(fù)合鍍膜的y層(氧化銦錫材料層)的四周邊緣分別熱壓粘合銅箔導(dǎo)電條或印刷導(dǎo)電銀漿，引出四周邊緣電極。具體地，一種方法是，在a面四周邊使用導(dǎo)電銅箔與y層薄膜熱壓粘合，引出y層導(dǎo)電電極與金屬結(jié)構(gòu)件緊密搭接構(gòu)成屏蔽面；另一種方法是，將導(dǎo)電銅箔更換為使用導(dǎo)電銀漿印刷。將導(dǎo)電銅箔與y層薄膜粘合在一起或者導(dǎo)電銀漿印刷或?qū)щ姴牧纤闹苓吘墴o縫隙的引出電極，再用層壓法壓制成型，該方法簡單易行、粘接強度高、不易部分脫落，可提供良好的屏蔽性能。

47、所采用鍍膜機的型號可為otfc-1300dbi或otfc-1800dbi。鍍膜機設(shè)備型號其中1300或1800數(shù)字代表尺寸，本發(fā)明對此不加限制。

48、優(yōu)選地，當(dāng)制備含有b面復(fù)合鍍膜的材料時，所述的步驟s4還包括：當(dāng)完成a面復(fù)合鍍膜的蒸鍍后，180度翻轉(zhuǎn)基底層，在基底層的另一面繼續(xù)依次完成b面復(fù)合鍍膜的各層鍍膜，蒸鍍完成后，得到結(jié)構(gòu)表達式為air/fttrtryyrtryyrt/jd/tryyrtryyrtrttf/air或mb/ttrtryyrtryyrt/jd/tryyrtryyrtrttf/air的復(fù)合透明光及電學(xué)材料。

49、優(yōu)選地，所述的步驟s6中，采用u型熱壓粘合銅箔或使用u型印刷導(dǎo)電銀漿將b面和a面四周邊緊密粘在一起，其屏蔽效能是單面a或b面屏蔽效能的2倍。

50、本發(fā)明中，利用屏蔽面的反射和衰減作用，使電磁輻射源產(chǎn)生的磁力線無法進入被屏蔽區(qū)域，可以起到電磁屏蔽作用。

51、本發(fā)明中，所使用的材料分為兩大種類，一種是增加透明性能的透明材料：如鈦酸鑭材料層，二氧化硅材料層，氟化鎂材料層；另一種是透明導(dǎo)電材料：如氧化銦錫材料層。本發(fā)明需要根據(jù)每層材料，考慮其材料折射率、透過率、反射率、厚度的光學(xué)指標并進行理論公式計算，本發(fā)明還需考慮其材料本身的特性和本發(fā)明設(shè)計多層材料結(jié)構(gòu)順序及光、電學(xué)指標的匹配進行反復(fù)實驗和試驗，從而實現(xiàn)光學(xué)指標試驗的優(yōu)化；本發(fā)明使用的透明導(dǎo)電材料同時要考慮電磁屏蔽性能和其材料厚度關(guān)系，其厚度越厚電磁屏蔽性能越優(yōu)，但是其越厚則其透過率和反射率指標相對應(yīng)地優(yōu)勢減弱。對此，為了達到本發(fā)明更優(yōu)指標，采用了多層結(jié)構(gòu)設(shè)計原理并提出了表達式為air/fttrtryyrtryyrt/jd/tryyrtryyrtrttf/air或mb/ttrtryyr?tryyrt/jd/tryyrtryyrtrttf/air的復(fù)合透明光及電學(xué)材料。

52、采用本發(fā)明所述ito鍍膜技術(shù)實現(xiàn)屏蔽，是通過真空高溫鍍膜將導(dǎo)電透明納米材料ito蒸鍍在透明材料上(例如玻璃)，納米材料致密度非常高，成膜后形成連續(xù)的電磁屏蔽面，相當(dāng)于密閉的金屬板隔離電磁信號。

53、綜上，本發(fā)明實現(xiàn)的有益技術(shù)效果為：采用本發(fā)明所述方法制備的復(fù)合透明光及電學(xué)材料和納米透明材料，經(jīng)過工藝參數(shù)的優(yōu)化，通過電子束蒸發(fā)工藝在基底層的一側(cè)或兩側(cè)分別依次生長不同化學(xué)成分和不同厚度的鍍層，實現(xiàn)了多重功能，包括：陽光下可讀、高透過率、良好的電磁兼容性等性能；即同時解決了電磁屏蔽性、陽光可讀等問題，且具有優(yōu)良的防眩光特性；可滿足軍用、醫(yī)療、航空航天等高端需求。