變色鍍膜材料及其制備方法和用圖
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光學(xué)材料領(lǐng)域；具體涉及一種光致變色物質(zhì)，更具體涉及一種能在不同光源下變色的混合稀土氟化物REF/變色鍍膜材料。本發(fā)明還涉及包含制備該變色鍍膜材料的方法以及該變色鍍膜材料的用途。
【背景技術(shù)】
[0002]稀土氟化物(REF3)鍍膜材料具有寬透光區(qū)、低折射率等優(yōu)點，目前廣泛應(yīng)用于電子、能源、光學(xué)等領(lǐng)域，用來制備增透膜、多層膜及紅外膜等光學(xué)薄膜。常見的稀土氟化物(REF3) —般為單一物質(zhì)，如氟化鈰CeF3、氟化鏑DyF3、氟化鐠PrF3、氟化鐿YbF3、氟化釔YF3等等。然而，隨著光電應(yīng)用領(lǐng)域的快速發(fā)展，REF3鍍膜材料的應(yīng)用需求越來越重要且逐漸呈現(xiàn)多樣化，包括折射率調(diào)控、密度變異程度、表觀變色性能等，單一 REF3鍍膜材料已難以滿足該類特殊性能光學(xué)薄膜的技術(shù)指標(biāo)需求。
[0003]另一方面，關(guān)于稀土氟化物作為主成分或工藝技術(shù)的專利極少?，F(xiàn)有化合物鍍膜材料關(guān)注點更多側(cè)重氟化鎂(CN103422170A、CN103147119A等)、鈦酸鑭(CN101178440A、CN101665912等)、金屬氧化物(CN101333003、CN101107380等)等鍍膜材料，稀土元素大多以La、Ce、Nd、Sm、Gd、Yb等稀土化合物摻雜形式進(jìn)行成分優(yōu)化，獲得某一范圍的折射率膜材(CN1696328A、US20090141358A1、CN101426948 等)。
[0004]因此，必須加快REF3鍍膜材料性能多元化開發(fā)及其相應(yīng)技術(shù)的突破創(chuàng)新，以應(yīng)當(dāng)未來市場的激烈變化，促進(jìn)其在目標(biāo)領(lǐng)域的應(yīng)用需求與發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種REF/變色鍍膜材料及其制備方法，該類型鍍膜材料可在不同光源照射下呈現(xiàn)不同表觀顏色，適用于特殊應(yīng)用需求光學(xué)薄膜的制備。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明擬采用以下技術(shù)方案:
[0007]本發(fā)明所說的光致變色物質(zhì)，其化學(xué)式為REF3，式中，RE為La、Ce、Pr、Nd四種元素的組合，折射率為1.59-1.61，氧含量低于500ppm。該物質(zhì)的光致變色原理:稀土元素具有獨特的原子結(jié)構(gòu)，即不充滿的4f電子層，當(dāng)受到不同波長的光照射時，4f電子層會表現(xiàn)出對光的選擇性吸收和反射。如La'Y3+、Lu3+等在200-1000nm的范圍無吸收，Ce 3+、Eu'Yb3+等雖然在200-1000nm范圍內(nèi)有特征吸收帶，但幾乎均在紫外區(qū)內(nèi)，而Pr3+、Nd3+、Sm3+等吸收帶存在于可見區(qū)內(nèi)。本發(fā)明通過選用特定的四種稀土元素進(jìn)行理論計算設(shè)計與適當(dāng)配比，改變原有單一 REF3固有折射率及其特征可見吸收光譜，有效協(xié)同其中各稀土離子的光學(xué)性質(zhì)，從而實現(xiàn)其穩(wěn)定獨特的多色效果，獲得一種具備特定變色性能的鍍膜材料。即當(dāng)基態(tài)和激發(fā)態(tài)的能量處于可見光的能量范圍，遇到可見光能吸收其中不同波長的光而呈現(xiàn)與其相補(bǔ)的特征顏色。
[0008]進(jìn)一步地，該光致變色物質(zhì)的折射率為1.59-1.61，氧含量低于500ppm。優(yōu)選地，該光致變色物質(zhì)的純度大于99.9?99.99%。
[0009]進(jìn)一步地，La、Ce、Pr、Nd四種元素的相應(yīng)摩爾比為:La、Ce、Pr、Nd四種元素的相應(yīng)摩爾比為:(0.15?0.4): (0.3?0.6): (0.01?0.2): (0.05?0.3)。在此基礎(chǔ)上，優(yōu)選的相應(yīng)摩爾比范圍為:(0.25?0.3): (0.45?0.5): (0.05?0.1): (0.15?0.2)。
[0010]本發(fā)明還提供了一種光致變色材料或光致變色薄膜，包含前面所述的光致變色物質(zhì)。
[0011]本發(fā)明還提供了一種制備前面所述的光致變色物質(zhì)或光致變色材料的方法，其包含對原料混合物進(jìn)行高溫加熱的步驟。
[0012]進(jìn)一步地，高溫加熱步驟在惰性環(huán)境下進(jìn)行。優(yōu)選地，惰性環(huán)境是氬氣氣氛。
[0013]進(jìn)一步地，加熱溫度為1400?1500°C。優(yōu)選地，在高溫加熱步驟中，還包括恒溫15?30分鐘的步驟。
[0014]進(jìn)一步地，在高溫加熱步驟之后，還包括冷卻步驟；優(yōu)選所述冷卻步驟采用梯度降溫工藝。
[0015]進(jìn)一步地，上述制備方法還包括破碎、篩分步驟。
[0016]進(jìn)一步地，上述制備方法還包括形成原料混合物的步驟。
[0017]優(yōu)選地，形成原料混合物的步驟如下:根據(jù)鍍膜材料中組成成分，選擇材料純度均大于99.9%的LaF3、CeF3, PrF3, NdF3,按既定的摩爾比混合均勻，加壓成型為塊狀混合物。
[0018]優(yōu)選地，高溫加熱步驟如下:將混合原料塊裝入坩禍，再將坩禍放置于真空熔煉爐，通入高純氬氣，升溫加熱至1400?1500°C，并恒溫15?30分鐘，使混料充分熔化。
[0019]優(yōu)選地，冷卻步驟如下:采用梯度降溫工藝使坩禍內(nèi)材料逐步冷卻，然后關(guān)掉電源，停止充入氬氣，隨爐降至室溫。
[0020]優(yōu)選地，破碎、篩分步驟如下:取出混合稀土氟化物熔融塊體破碎、篩分則得到一定粒徑的晶質(zhì)稀土光致變色鍍膜材料。
[0021]在一個實施方式中，制備方法包含下列步驟:
1)根據(jù)鍍膜材料中組成成分，選擇材料純度均大于99.9%的LaF3、CeF3, PrF3, NdF3,按既定的摩爾百分比混合均勻，加壓成型為塊狀混合物；
2)將混合原料塊裝入坩禍，再將坩禍放置于真空熔煉爐，通入高純氬氣，升溫加熱至1400?1500°C，并恒溫15?30分鐘，使混料充分熔化；
3)采用梯度降溫工藝使坩禍內(nèi)材料逐步冷卻，然后關(guān)掉電源，停止充入氬氣，隨爐降至室溫;
4)取出混合稀土氟化物熔融塊體破碎、篩分則得到一定粒徑的晶質(zhì)稀土光致變色鍍膜材料。
[0022]本發(fā)明還提供了前述光致變色物質(zhì)或光致變色材料或薄膜用于光信息存儲、光調(diào)控開關(guān)、光印刷油墨、防偽涂層、太陽眼鏡、調(diào)光玻璃、裝飾和防護(hù)包裝材料等多種領(lǐng)域的用途。
[0023]本發(fā)明的有益效果是:
該鍍膜材料可在不同光源下顯現(xiàn)不同顏色效果，此過程為可逆過程，理論上可無限次重復(fù)。如在自然光下顯紅褐色，在燈光下呈綠色，并隨燈光強(qiáng)弱呈亮綠至深綠變化。
該鍍膜材料中氧含量小于500PPm，預(yù)熔過程不發(fā)生噴濺，蒸鍍過程穩(wěn)定控制，材料成分均一好，膜層折射率穩(wěn)定，可適用于折射率任意調(diào)控、表觀變色性能等特殊應(yīng)用性能光學(xué)薄膜的制備，滿足光電應(yīng)用領(lǐng)域的多樣化需求。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明制備的REF3鍍膜材料在自然光、不同強(qiáng)度燈光照射下變色圖。
【具體實施方式】
[0025]以下作為實施例對本發(fā)明的混合REF3變色鍍膜材料及其制備方法進(jìn)一步說明，將有助于對本發(fā)明的進(jìn)一步的理解，本發(fā)明的保護(hù)范圍不受這些實施例的限定，其保護(hù)范圍由權(quán)利要求書來決定。
[0026]實施例1
[0027]按既定比例稱取純度均大于99.9%的LaF3、CeF3, PrF3, NdF3，相應(yīng)摩爾比為0.40:0.3:0.01:0.29，充分混合均勻后加壓成塊，然后將混合原料塊裝入坩禍，將坩禍放置于真空熔煉爐內(nèi)，在氬氣氣氛環(huán)境下升溫加熱至1400°C，并恒溫30分鐘，使混料充分熔化，保溫結(jié)束后采用梯度降溫工藝使坩禍內(nèi)材料逐步冷卻，然后關(guān)掉電源，停止充入氬氣，隨爐降至室溫，取出混合稀土氟化物熔融塊體經(jīng)破碎、篩分則得到一定粒徑的晶質(zhì)稀土氟化物鍍膜材料，純度為99.90%，折射率為1.59，氧含量為480ppm，該鍍膜材料可在不同光源下顯現(xiàn)不同顏色效果，在自然光下顯紅褐色，燈光下呈綠色，并隨燈光強(qiáng)弱呈亮綠至深綠變化，此變色可逆過程理論上可無限次重復(fù)。
[0028]實施例2
[0029]按既定比例稱取純度均大于99.9%的1^3、06?3、？迅、制?3，相應(yīng)摩爾比為0.15:0.60:0.20:0.05，充分混合均勻后加壓成塊，然后將混合原料塊裝入坩禍，將坩禍放置于真空熔煉爐內(nèi)，在氬氣氣氛環(huán)境下升溫加熱至1400°C，并恒溫30分鐘，使混料充分熔化，保溫結(jié)束后采用梯度降溫工藝使坩禍內(nèi)材料逐步冷卻，然后關(guān)掉電源，停止充入氬氣，隨爐降至室溫，取出混合稀土氟化物熔融塊體經(jīng)破碎、篩分則得到一定粒徑的晶質(zhì)稀土氟化物鍍膜材料，純度為99.90%，折射率為1.61，氧含量為480ppm，該鍍膜材料可在不同光源下顯現(xiàn)不同顏色效果，在自然光下顯紅褐色，燈光下呈綠色，并隨燈光強(qiáng)弱呈亮綠至深綠變化，此變色可逆過程理論上可無限次重復(fù)。
[0030]實施例3
[0031]按既定比例稱取純度均大于99.9%的LaF3、CeF3, PrF3, NdF3，相應(yīng)摩爾比為0.25:0.45:0.10:0.20，充分混合均勻后加壓成塊，然后將混合原料塊裝入坩禍，將坩禍放置于真空熔煉爐內(nèi)，在氬氣氣氛環(huán)境下升溫加熱至1400°C，并恒溫30分鐘，使混料充分熔化，保溫結(jié)束后采用梯度降溫工藝使坩禍內(nèi)材料逐步冷卻，然后關(guān)掉電源，停止充入氬氣，隨爐降至室溫，取出混合稀土氟化物熔融塊體經(jīng)破碎、篩分則得到一定粒徑的晶質(zhì)稀土氟化物鍍膜材料，純度為99.93%，折射率為1.59，氧含量為460ppm，該鍍膜材料可在不同光源下顯現(xiàn)不同顏色效果，在自然光下顯紅褐色，燈光下呈綠色，并隨燈光強(qiáng)弱呈亮綠至深綠變化，此變色可逆過程理論上可無限次重復(fù)。
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