【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近期，中國科學院上海光機所高功率激光元件技術與工程部吳衛(wèi)平團隊在超薄納米光學元件表面防污處理方面取得研究進展。研究團隊與復旦大學合作，提出通過將一種柔性瓶刷形有機硅聚合物單分子層原位接枝于光學基底表面，得到了一種具有耐污效果的新型“類液體”超滑薄膜。該透明超滑抗污薄膜在可見光區(qū)域透過率無顯著下降，在紅外區(qū)域透過率僅下降3%，是疏水表面領域全光譜內(nèi)少有的高透過率方案，相關研究成果以“A fluffy all-siloxane bottlebrush architecture for liquid-like slippery surfaces”為題發(fā)表在Journal of Materials Chemistry A上。
光學元件(光學鏡頭、窗口、光伏面板等)在光學儀器、微電子、航空航天、能源和生物醫(yī)學設備等領域都有重要應用。然而，光學元件在實際服役環(huán)境中極易遭受外界污染，從而降低窗口光學透過率，嚴重影響光學信號靈敏度，成像質(zhì)量和可靠性。通過形成抗環(huán)境污染物且具有優(yōu)良耐久性的防護層，對光學元件表面進行防護處理，可以使光學元件表面長期耐受外界污染。然而，不同的光學窗口需要在不同波段均保持高透過率。因此，表面防護層在達到防護效果的同時，需要保證光學元件本身的光學性能不受損失。
在本項研究中，研究人員設計了一種全新的類液體超滑薄膜，通過簡單的兩步法，即在基材表面的原位水解縮聚和隨后進行的硅氫化反應，于基材表面逐步構筑了“以有機硅為主鏈和側鏈”的柔性瓶刷型分子結構。不同于傳統(tǒng)的特殊潤濕性表面(超疏水、超疏油等)，超滑薄膜無需制備表面微納結構，且厚度在5 nm以內(nèi)，因此對基材本身的光學性能幾乎沒有影響。此外，本研究得到的類液體超滑薄膜具有優(yōu)異的動態(tài)滑液性能，即液體在表面的接觸角遲滯極低，其分子接枝面密度更高，接觸角遲滯更低僅9.4°，具有超高的寬光譜透明度。通過油滴、結冰、灰塵、耐磨等測試，驗證了該表面在光學元件實際應用場景中的有效性和耐久性，具有廣闊的應用前景。
本工作得到了國家自然科學青年和面上基金、科技部重點研發(fā)計劃課題等項目的支持。
圖1 (a)超滑薄膜結構示意圖；(b)原子力顯微鏡照片；(c)石英基片處理前后的透射光譜。
圖2 (a)石英片表面處理后的實物照片以及處理前后抗污性能對比；處理前后(b)油滴(正己烷)在表面的滑動效果和(c)抗結冰效果對比。
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