一种用于投影镜头玻璃的制备方法
阅读说明：本技术 一种用于投影镜头玻璃的制备方法 (Preparation method of projection lens glass ) 是由 连俊林 王达 于 2021-08-24 设计创作，主要内容包括：本发明属于特种玻璃加工技术领域,尤其为一种用于投影镜头玻璃的制备方法,采用了纳米TiO-(2)颗粒并通过激光辐照处理在玻璃表面镀膜,由于辐照时间短,最大程度上维持玻璃的结构,避免了玻璃表面结构改变对可见光透过率的影响,使得制备的见光投影玻璃保持可见光透过率的同时,屏蔽了紫外光和蓝光,能够获得高质量的用于投影镜头玻璃。由于二氧化钛是一种惰性物质,无毒无害,也不会在人体蓄积,不会对人体产生危害,所以制备的用于投影镜头玻璃环保性较好,且所采用的激光辐照技术制备过程清洁、无污染,不需要引入其他工艺就可以使玻璃具有良好的可见光透过性能和蓝紫光屏蔽性能,并且所需反应时间短,制备效率高。(The invention belongs to the technical field of special glass processing, and particularly relates to a preparation method of projection lens glass, which adopts nano TiO 2 The particles are coated on the surface of the glass through laser irradiation treatment, and the irradiation time is short, so that the structure of the glass is maintained to the greatest extent, the influence of the change of the structure of the surface of the glass on the visible light transmittance is avoided, the prepared visible light projection glass can keep the visible light transmittance, the ultraviolet light and the blue light are shielded, and the high-quality projection lens glass can be obtained. Because titanium dioxide is an inert substance, is nontoxic and harmless, can not be accumulated in a human body, and can not generate harm to the human body, the prepared glass for the projection lens has better environmental protection performance, the preparation process of the adopted laser irradiation technology is clean and pollution-free, the glass can have good visible light transmission performance and blue-violet light shielding performance without introducing other processes, the required reaction time is short, and the preparation efficiency is high.)
技术领域
本发明属于特种玻璃加工技术领域，具体涉及一种用于投影镜头玻璃的制备方法。
背景技术
波长在400-500nm之间的光为蓝色光，波长越短、能量越高，因此，一般将400-450nm的蓝光称为短波蓝光，短波蓝光对人体眼睛有害，比如，申崇渝等人研究表明(光谱学与光谱分析，2014,34,316-321)，超过一定阈值的短波蓝光照射眼睛一定时间会杀伤视网膜色素细胞，造成黄斑病变，这部分蓝光波段被定义为有害蓝光；另外，赵介军等人研究表明(照明工程学报，2015,1,84-87)，包括CRT显示屏、LED显示屏、QLED显示屏、OLED显示屏在内的各种显示屏，以及激光光源等的蓝光波段能够穿透角膜和晶状体直达视网膜，过多接触蓝光会引起视网膜黄斑部病变，加剧色差和视觉模糊度，破坏视力。特别是随着移动多媒体设备的大量普及和用户的长时间使用，蓝光的危害性被放大。
由于400-450nm蓝光波段的危害性，需要对有害的波段实现高截止，目前，屏蔽蓝光的原理主要是反射或吸收，由于反射型的屏幕制备工艺复杂，吸收则是目前主流的技术手段。
对蓝光吸收的方法主要是实现对光的“转化”，其基本的原理是在显示屏或者滤镜基底上沉积吸收蓝光的薄膜材料，从而达到吸收和转化蓝光的效果。对于光路主要以玻璃为主的投影仪器而言，目前主要的工艺是在玻璃基底上沉积稀土转光材料(石鹏途等，稀土转光玻璃的合成及荧光性质的研究，2006)，当蓝光入射到玻璃中时，可发生相应的转换发光，能将蓝光进行转变。目前为止，能吸收蓝光的材料主要是一些荧光材料，主要成份为复合金属氧化物，难以制备且成膜性能未知，所以此种方法的使用受到很大的限制。
另一种策略是半导体光吸收法，本征吸收是半导体光吸收法最主要的一种，一定能量的光子作用到半导体上，价带电子吸收能量后转移到更高能级(谢英鹏等，无机化学学报，2017,33,177-209)，从而达到吸收蓝光的目的。目前使用的主要是一些有机半导体吸收剂，如水杨酸乙酯、偶氮类化合物等，但这些有机物的吸收范围较宽，针对性不强，且容易老化导致使用寿命短，有的还具有一定的毒性，因此，对于绿色无害、简单高效的无机蓝光吸收型膜层的研究就非常有意义。
发明内容
本发明旨在提供一种用于投影镜头玻璃的制备方法，解决现有技术中显示屏、投影仪器等设备上用于滤除蓝光的玻璃对蓝光的吸收针对性不强，且使用寿命短、不环保的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
提供一种用于投影镜头玻璃的制备方法，包括以下步骤：
(1)对纳米TiO2颗粒表面进行清洁；
(2)对玻璃预热处理，并清洁其表面；
(3)将清洁处理后的TiO2颗粒在所述玻璃上进行压片处理，并保证压片后TiO2颗粒的表面平整度；
(4)利用激光对在玻璃上压片处理的TiO2颗粒进行辐照处理；
(5)将步骤(4)中辐照后的TiO2颗粒重新混合均匀；
重复步骤(3)、(4)、(5)多次，直到玻璃整个表面变色均匀。
优选的，所采用的TiO2颗粒的晶型为锐钛矿晶型或金红石晶型。
优选的，所采用的TiO2颗粒的粒径为5nm-5000nm。
优选的，所述激光的光源波长为300nm-1700nm；所述激光的光源功率为1W--100W；所述激光的脉冲频率为10赫兹-10000赫兹；所述激光为脉冲宽度1皮秒-1000纳秒的快速激光。
优选的，在所述步骤(2)中，用酒精和环己烷分别对玻璃表面进行清洁。
优选的，6.根据权利要求1所述的用于投影镜头玻璃的制备方法，其特征在于，通过以下步骤对TiO2颗粒进行预先改良：
(1.1)去除TiO2颗粒的表面杂质；
(1.2)将处理后的TiO2颗粒进行压片，使压片后的TiO2颗粒表面平整；
(1.3)使用脉冲宽度为皮秒或纳秒的快速激光，压片的TiO2颗粒辐照3-10秒，得到表面原位生长TiO薄膜的TiO2颗粒；
(1.4)将步骤(1.3)处理后的TiO2颗粒重新混合均匀后，重复步骤(1.2)和步骤(1.3)，至TiO2颗粒蓝色均一。
优选的，在所述步骤(4)中，所述辐照处理的时长为3-10秒。
优选的，重复步骤(3)、(4)、(5)6-10次。
优选的，所述步骤(1)中，对纳米TiO2颗粒进行预热处理是在马弗炉中进行，预热处理的温度区间为200-300摄氏度；或者，在管式炉中惰性气体保护下对纳米TiO2颗粒进行预热处理；
所述步骤(2)中，对玻璃进行预热处理是在马弗炉中进行，预热处理的温度区间为100-200摄氏度；或者，在管式炉中惰性气体保护下对玻璃进行预热处理。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明用于投影镜头玻璃制备方法采用了纳米TiO2颗粒这一辅料，并通过激光辐照处理在玻璃表面镀膜，由于辐照时间短，最大程度上维持玻璃的结构，避免了玻璃表面结构改变对可见光透过率的影响，使得制备的见光投影玻璃保持可见光透过率的同时，屏蔽了紫外光和蓝光，能够获得高质量的用于投影镜头玻璃。
2、由于二氧化钛是一种惰性物质，无毒无害，也不会在人体蓄积，不会对人体产生危害，所以制备的用于投影镜头玻璃环保性较好，且所采用的激光辐照技术制备过程清洁、无污染，不需要引入其他工艺就可以使玻璃具有良好的可见光透过性能和蓝紫光屏蔽性能，并且所需反应时间短，制备效率高。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明用于投影镜头玻璃制备方法一实施例中激光辐照的示意图。
图2为本发明用于投影镜头玻璃制备方法一实施例中，经过激光辐照后变色均一的玻璃样品与原玻璃样品的光学照片对比图。
图3是本发明用于投影镜头玻璃制备方法一实施例中，经过激光辐照后变色均一的玻璃样品与原玻璃样品的紫外光-蓝光吸收率测试结果对比图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种用于投影镜头玻璃的制备方法，该用于投影镜头玻璃的制备方法包括以下步骤：
(1)对纳米TiO2颗粒表面进行清洁。
在本步骤中，所采用的TiO2颗粒的晶型为锐钛矿晶型，且采用的TiO2颗粒的粒径为5nm，对纳米TiO2颗粒进行预热处理的方式是在马弗炉中于200摄氏度进行预热，清洁其表面，比如，预热处理可去除TiO2颗粒表面的水分等遇热气化的杂质。
本步骤所使用的TiO2颗粒通过以下步骤进行预先改良：(1.1)去除TiO2颗粒的表面杂质；(1.2)将处理后的TiO2颗粒进行压片，使压片后的TiO2颗粒表面平整；(1.3)使用脉冲宽度为皮秒或纳秒的快速激光，压片的TiO2颗粒辐照3-10秒，得到表面原位生长TiO薄膜的TiO2颗粒；(1.4)将步骤(1.3)处理后的TiO2颗粒重新混合均匀后，重复步骤(1.2)和步骤(1.3)，至TiO2颗粒蓝色均一。详细的对TiO2颗粒改良的方法可参阅本发明申请人之前申报的专利号为ZL201811338012.X的中国专利文献。
(2)对玻璃预热处理，并清洁其表面。
在本步骤中，对玻璃进行预热处理的方式是在马弗炉中于100摄氏度进行预热，预热处理可去除玻璃表面的水分等遇热气化的杂质；清洁玻璃表面时，分别用酒精和环己烷对玻璃表面进行擦拭清洁，待玻璃表面晾干后使用。
(3)将清洁处理后的TiO2颗粒在玻璃上进行压片处理，并保证压片后TiO2颗粒的表面平整度。
结合图1所示，在本步骤中，将预热处理后的TiO2颗粒在玻璃上压片，本实施例中的玻璃采用石英玻璃，在其他实施例中，可采用任意类型的玻璃。TiO2颗粒在石英玻璃衬底上进行压片处理，TiO2颗粒摊薄后上层为压片玻璃。
(4)利用激光对在玻璃上压片处理的TiO2颗粒进行辐照处理。
在本步骤中，激光的光源波长为300nm，光源功率为1W，光源脉冲宽度为1皮秒，激光的光源脉冲频率为10赫兹；并且辐照处理的时长为5秒，经过一次辐照，玻璃表面颜色稍微加深变灰。
这里，激光辐照时间根据激光波长的不同、所选激光功率的不同以及TiO2颗粒粒径的不同进行选择，原则上，激光波长越短、激光功率越大、TiO2颗粒粒径越小，则激光辐照时间越短。另外，结合图1所示，在本步骤中，激光光源经两个反射镜反射后到达压片处理的TiO2颗粒，经过两次反射的目的是对激光进行聚焦，保证光斑亮度和能量。
(5)将步骤(4)中辐照后的TiO2颗粒重新混合均匀。
本步骤中重新混合均匀的目的是为重复步骤(3)、步骤(4)、步骤(5)做准备。本实施例中，重复步骤(3)、步骤(4)、步骤(5)共6次，得到表面变色均匀的玻璃。
这里，对TiO2颗粒的玻璃重复辐照的次数受激光波长的不同、所选激光功率的不同以及TiO2颗粒的粒径的不同这几个因素的影响，原则上，激光波长越短、所选激光功率越大、TiO2颗粒的粒径越小，则TiO2颗粒重复辐照的次数越少。
经过激光辐照后，能够在玻璃上形成极薄的TiO2薄膜，且TiO2分子与玻璃之间产生了强的键合作用，在常规温度环境下，TiO2薄膜在玻璃上不会脱落，TiO2薄膜起到滤除蓝光的作用。
实施例2：
一种用于投影镜头玻璃的制备方法，该用于投影镜头玻璃的制备方法包括以下步骤：
(1)对纳米TiO2颗粒表面进行清洁。
在本步骤中，所采用的TiO2颗粒的晶型为金红石晶型，并且预先对TiO2颗粒进行处理进行改良，且采用的TiO2颗粒的粒径为100nm，对纳米TiO2颗粒进行预热处理的方式是在马弗炉中于250摄氏度进行预热，清洁其表面。
(2)对玻璃预热处理，并清洁其表面。
在本步骤中，对玻璃进行预热处理的方式是在马弗炉中于150摄氏度进行预热；清洁玻璃表面时，分别用酒精和环己烷对玻璃表面进行擦拭清洁，待玻璃表面晾干后使用。
(3)将清洁处理后的TiO2颗粒在玻璃上进行压片处理，并保证压片后TiO2颗粒的表面平整度。
(4)利用激光对在玻璃上压片处理的TiO2颗粒进行辐照处理。
在本步骤中，激光的光源波长为1064nm，光源功率为1W，光源脉冲宽度为10纳秒，激光的光源脉冲频率为1000赫兹；并且辐照处理的时长为3秒。
(5)将步骤(4)中辐照后的TiO2颗粒重新混合均匀。
本步骤中重新混合均匀的目的是为重复步骤(3)、步骤(4)、步骤(5)做准备。本实施例中，重复步骤(3)、步骤(4)、步骤(5)共8次，得到表面变色均匀的玻璃。
实施例3：
一种用于投影镜头玻璃的制备方法，该用于投影镜头玻璃的制备方法包括以下步骤：
(1)对纳米TiO2颗粒表面进行清洁。
在本步骤中，所采用的TiO2颗粒的晶型为金红石晶型，且采用的TiO2颗粒的粒径为5000nm，对纳米TiO2颗粒进行预热处理的方式是在马弗炉中于300摄氏度进行预热，清洁其表面。
(2)对玻璃预热处理，并清洁其表面。
在本步骤中，对玻璃进行预热处理的方式是在马弗炉中于200摄氏度进行预热；清洁玻璃表面时，分别用酒精和环己烷对玻璃表面进行擦拭清洁，待玻璃表面晾干后使用。
(3)将清洁处理后的TiO2颗粒在玻璃上进行压片处理，并保证压片后TiO2颗粒的表面平整度。
(4)利用激光对在玻璃上压片处理的TiO2颗粒进行辐照处理。
在本步骤中，激光的光源波长为1700nm，光源功率为100W，光源脉冲宽度为1000纳秒，激光的光源脉冲频率为1000赫兹；并且辐照处理的时长为10秒。
(5)将步骤(4)中辐照后的TiO2颗粒重新混合均匀。
本步骤中重新混合均匀的目的是为重复步骤(3)、步骤(4)、步骤(5)做准备。本实施例中，重复步骤(3)、步骤(4)、步骤(5)共10次，得到表面变色均匀的玻璃。
实施例4：
一种用于投影镜头玻璃的制备方法，该用于投影镜头玻璃的制备方法包括以下步骤：
(1)对纳米TiO2颗粒表面进行清洁。
在本步骤中，所采用的TiO2颗粒的晶型为金红石晶型，且采用的TiO2颗粒的粒径为100nm，对纳米TiO2颗粒进行预热处理的方式是在马弗炉中于200摄氏度进行预热，清洁其表面。
(2)对玻璃预热处理，并清洁其表面。
在本步骤中，对玻璃进行预热处理的方式是在马弗炉中于150摄氏度进行预热；清洁玻璃表面时，分别用酒精和环己烷对玻璃表面进行擦拭清洁，待玻璃表面晾干后使用。
(3)将清洁处理后的TiO2颗粒在玻璃上进行压片处理，并保证压片后TiO2颗粒的表面平整度。
(4)利用激光对在玻璃上压片处理的TiO2颗粒进行辐照处理。
在本步骤中，激光的光源波长为532nm，光源功率为1W，光源脉冲宽度为1纳秒，激光的光源脉冲频率为100赫兹；并且辐照处理的时长为5秒。
(5)将步骤(4)中辐照后的TiO2颗粒重新混合均匀。
本步骤中重新混合均匀的目的是为重复步骤(3)、步骤(4)、步骤(5)做准备。本实施例中，重复步骤(3)、步骤(4)、步骤(5)共8次，得到表面变色均匀的玻璃。
实施例5：
一种用于投影镜头玻璃的制备方法，该用于投影镜头玻璃的制备方法包括以下步骤：
(1)对纳米TiO2颗粒表面进行清洁。
在本步骤中，所采用的TiO2颗粒的晶型为金红石晶型，且采用的TiO2颗粒的粒径为500nm，对纳米TiO2颗粒进行预热处理的方式是在马弗炉中于200摄氏度进行预热，清洁其表面。
(2)对玻璃预热处理，并清洁其表面。
在本步骤中，对玻璃进行预热处理的方式是在马弗炉中于150摄氏度进行预热；清洁玻璃表面时，分别用酒精和环己烷对玻璃表面进行擦拭清洁，待玻璃表面晾干后使用。
(3)将清洁处理后的TiO2颗粒在玻璃上进行压片处理，并保证压片后TiO2颗粒的表面平整度。
(4)利用激光对在玻璃上压片处理的TiO2颗粒进行辐照处理。
在本步骤中，激光的光源波长为1064nm，光源功率为1W，光源脉冲宽度为1纳秒，激光的光源脉冲频率为1000赫兹；并且辐照处理的时长为8秒。
(5)将步骤(4)中辐照后的TiO2颗粒重新混合均匀。
本步骤中重新混合均匀的目的是为重复步骤(3)、步骤(4)、步骤(5)做准备。本实施例中，重复步骤(3)、步骤(4)、步骤(5)共6次，得到表面变色均匀的玻璃。
由上述实施例制备的用于投影镜头玻璃具有滤除蓝光的功能，并且具有良好的可见光透过率。以上述实施例1为例，该用于投影镜头玻璃制备方法中，采用了纳米TiO2颗粒这一辅料，一方面，TiO2颗粒粘附力强，不易起化学变化，在空气环境中有良好的色泽耐久度，因此，采用纳米TiO2颗粒通过激光辐照方式在玻璃表面镀膜，使得薄膜与玻璃粘附紧固，使用寿命长；另一方面，TiO2是一种性能优良的直接带隙宽禁带半导体材料，其禁带宽度达到3.0～3.2eV，可以有效的吸收紫外光，而再经过激光辐照处理后，调节了TiO2表面结构，使其进一步对400-450nm波段处的蓝光具有优异吸收性能，将此TiO2材料制膜于玻璃基底上，可以实现对各种多媒体设备和投影仪器显示屏的有害蓝光的吸收。
另外，由于在用于投影镜头玻璃制备方法中，通过激光辐照的反应时间短，不会造成玻璃表面结构发生破坏，因此，不会引起玻璃可见光透过率的下降，在保持玻璃可见光透过率的同时，能够屏蔽紫外光和蓝光，由此可以获得高质量的用于投影镜头玻璃。
下面结合图2和图3对上述实施例1制备的用于投影镜头玻璃的性能做进一步说明：如图2所示，右侧为经过激光辐照后的用于投影镜头玻璃，其颜色较深且颜色均匀，说明能够过滤蓝光和紫光；如图3所示，经过辐照处理后的用于投影镜头玻璃在400-450nm处的纵坐标的位置更高，说明对这一波段的紫外光-蓝光有很强的吸收性能，并且与激光辐照前的玻璃相比，辐照后的用于投影镜头玻璃对紫外光-蓝光的吸光性能增强较为显著。
另外，由于二氧化钛是一种惰性物质，无毒无害，也不会在人体蓄积，不会对人体产生危害，所以环保性较好。
需要说明的是，在本文中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解，在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种镀膜汽车玻璃