一種新型光學(xué)聚合物復(fù)合薄膜的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種新型光學(xué)聚合物復(fù)合薄膜，包括：基底和光學(xué)薄膜；基底采用聚合物材料制成，光學(xué)薄膜壓制或粘覆在基底表面，光學(xué)薄膜由M個單元膜疊加而成，其中M＞2，每個單元膜由N層采用聚合物材料制成的光學(xué)膜層疊加而成，其中N＝2或者N＝3，每層光學(xué)膜層具有預(yù)定的膜厚，任意相鄰兩層光學(xué)膜層具有不同的折射率。根據(jù)實際應(yīng)用需要，通過對光學(xué)薄膜中單元模的數(shù)量以及單元模中每層光學(xué)膜層的膜厚、折射率以及膜層分布進行設(shè)計，可以實現(xiàn)光學(xué)薄膜的不同光學(xué)特性。本實用新型中，所述新型光學(xué)聚合物復(fù)合薄膜的工藝簡單、價格低廉，可廣泛應(yīng)用在農(nóng)業(yè)種植領(lǐng)域中。
【專利說明】一種新型光學(xué)聚合物復(fù)合薄膜
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及薄膜【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種新型光學(xué)聚合物復(fù)合薄膜。
【背景技術(shù)】
[0002]光學(xué)薄膜是在基底材料的表面覆蓋一層或多層其他材料，以達到改變預(yù)定波段光的透射率和反射率的目的。一般說來，膜層的厚度在光波長的量級，可通過改變膜層的厚度來改變光學(xué)薄膜的作用波段。參照圖1，對于固定厚度的膜層，不同波段的光對應(yīng)的光程(即相位差)不同，其相干疊加后的強度不同，這就對應(yīng)著不同的透射率和反射率。當前，光學(xué)薄膜已廣泛應(yīng)用于光學(xué)及光電子【技術(shù)領(lǐng)域】，用于制造各種具有特定光學(xué)效應(yīng)的儀器。
[0003]在實際應(yīng)用過程中，常用的光學(xué)鍍膜材料主要包括金屬膜和介質(zhì)膜，光學(xué)效應(yīng)較好的光學(xué)薄膜對鍍膜材料的純度、膜層的厚度和均勻性的要求比較高，因此其價格也較為昂貴，這就限制了這種光學(xué)薄膜向其他產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用和推廣，例如，在農(nóng)業(yè)種植領(lǐng)域已經(jīng)大規(guī)模使用的農(nóng)業(yè)塑料大棚領(lǐng)域。
[0004]農(nóng)作物的生長依附于環(huán)境，農(nóng)業(yè)塑料大棚和一些室內(nèi)栽培技術(shù)為農(nóng)作物創(chuàng)造了一個更加適合生長的環(huán)境，其中，光環(huán)境就是非常重要的一種環(huán)境因素。紅光、藍光處于植物光合作用譜的兩峰值處，是影響植物生長最主要的光源，也是植物需求量最大的光源，而其他波長的光對光合作用的影響相對較小，有研宄表明，綠光對某些植物的生長有一定的反向作用。尤其是在夏季，強烈的陽光不但使農(nóng)作物處于光抑制狀態(tài)，還使農(nóng)作物和土壤中的水分大量蒸發(fā)，這對農(nóng)作物的生長是嚴重不利的。
[0005]因此，如果能將光學(xué)薄膜應(yīng)用在農(nóng)業(yè)中，通過減少綠光的組分，除去紅外光這種對光合作用沒有效果而熱效應(yīng)比較嚴重的光源，除去對植物細胞有破壞作用的紫外光，這可以促進農(nóng)作物的生長。如果再能將沒有用于植物生長的光加以利用，例如中國專利申請CN103997285A公開的一種用于種植大棚的太陽能綜合利用系統(tǒng)，便可產(chǎn)生附加的經(jīng)濟效益，以我國18億畝的耕地面積進行計算，假如I %改造為綜合型光伏農(nóng)業(yè)基地，以10%的光電轉(zhuǎn)換效率估算，其裝機容量可達到1000GW，發(fā)電量相當于50個三峽電站，其能帶來的附加收入是相當可觀的。
[0006]但是，目前技術(shù)較為成熟的金屬膜和介質(zhì)膜因其價格較為昂貴，暫時不具備向農(nóng)業(yè)種植領(lǐng)域進行推廣的條件，限制了光學(xué)薄膜在農(nóng)業(yè)種植領(lǐng)域的應(yīng)用。
[0007] 申請人:在實現(xiàn)本申請的過程中注意到，如果采用聚合物材料作為光學(xué)薄膜材料，例如聚乙烯(PE)材料，其制作成本就可以大大地降低。PE材料具有高、中、低密度檔，PE材料的密度、折射率可調(diào)控，從而為光學(xué)薄膜的設(shè)計提供了很大的選擇空間，并且，現(xiàn)有不同類型和功能的PE材料的產(chǎn)品很多，生產(chǎn)工藝也較為成熟，為光學(xué)薄膜轉(zhuǎn)化為便于應(yīng)用的推廣的產(chǎn)品打下了良好的基礎(chǔ)。
實用新型內(nèi)容
[0008]基于【背景技術(shù)】存在的技術(shù)問題，本實用新型提出了一種新型光學(xué)聚合物復(fù)合薄膜。
[0009]本實用新型提出的一種新型光學(xué)聚合物復(fù)合薄膜，包括:基底和光學(xué)薄膜；基底采用聚合物材料制成，光學(xué)薄膜壓制或粘覆在基底表面，光學(xué)薄膜由M個單元膜疊加而成，其中M > 2，每個單元膜由N層采用聚合物材料制成的光學(xué)膜層疊加而成，其中N = 2或者N = 3，每層光學(xué)膜層具有預(yù)定的膜厚，任意相鄰兩層光學(xué)膜層具有不同的折射率。
[0010]優(yōu)選地，M個單元膜具有相同的物理結(jié)構(gòu)和光學(xué)特性，其中，光學(xué)薄膜的光學(xué)特性包括透射特性和反射特性，透光特征包括透光光譜和透光光強，反射特性包括反射光譜和反射光強。
[0011]優(yōu)選地，在單元膜中，具有不同折射率的光學(xué)膜層由具有不同密度的聚合物材料制成，和/或，具有不同折射率的光學(xué)膜層由具有不同摻雜的聚合物材料制成。
[0012]優(yōu)選地，聚合物材料為聚乙稀材料。
[0013]優(yōu)選地，基底為聚甲基丙烯酸甲酯板材。
[0014]優(yōu)選地，聚甲基丙烯酸甲酯板材的背光面為導(dǎo)光板型或者散光板型。
[0015]優(yōu)選地，聚甲基丙烯酸甲酯板材的形狀為拋物面型。
[0016]優(yōu)選地，基底為聚乙烯薄膜。
[0017]在本實用新型中，通過在基底表面覆蓋光學(xué)薄膜制成；基底采用聚合物材料制成，光學(xué)薄膜由M個單元膜疊加而成，其中M > 2，每個單元膜由N層采用聚合物材料制成的光學(xué)膜層疊加而成，其中N = 2或者N = 3，每層光學(xué)膜層具有預(yù)定的膜厚，任意相鄰兩層光學(xué)膜層具有不同的折射率。其中，基底為聚甲基丙烯酸甲酯板材或者聚乙烯薄膜，具有不同折射率的光學(xué)膜層可以由具有不同密度的聚乙烯材料和/或由具有不同摻雜的聚乙烯材料制成。
[0018]在實際應(yīng)用過程中，通過光學(xué)薄膜中單元模的數(shù)量以及單元模中每層光學(xué)膜層的膜厚、折射率以及膜層分布進行設(shè)計，實現(xiàn)了對光學(xué)特性的可調(diào)，滿足了光學(xué)薄膜的不同光學(xué)特性要求。
[0019]本實用新型中，新型光學(xué)聚合物復(fù)合薄膜的工藝簡單，通過借助于聚合物的產(chǎn)業(yè)化可實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，價格低廉，其具有非常廣泛的應(yīng)用場景和應(yīng)用范圍。例如，將新型光學(xué)聚合物復(fù)合薄膜應(yīng)用在農(nóng)業(yè)種植領(lǐng)域中，可以更大限度地高效利用太陽能，提升農(nóng)作物的生長環(huán)境，隔熱保濕，節(jié)約了水資源，為干旱或沙漠地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境治理提供了更好的解決途徑。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中光學(xué)薄膜的結(jié)構(gòu)示意圖和光學(xué)原理示意圖。
[0021]圖2為本實用新型中提出的一種新型光學(xué)聚合物復(fù)合薄膜的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖3為光通過導(dǎo)光板型的效果圖。
[0023]圖4為光通過散光板型的效果圖。
[0024]圖5為本實用新型中在基底上壓制光學(xué)薄膜的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0025]如圖2所示，本實用新型實施例提出的一種新型光學(xué)聚合物復(fù)合薄膜，包括:基底和光學(xué)薄膜；基底采用聚合物材料制成，光學(xué)薄膜壓制或粘覆在基底表面，光學(xué)薄膜由M個單元膜疊加而成，其中M > 2，每個單元膜由N層采用聚合物材料制成的光學(xué)膜層疊加而成，其中N = 2或者N = 3，每層光學(xué)膜層具有預(yù)定的膜厚，任意相鄰兩層光學(xué)膜層具有不同的折射率。
[0026]在具體實施例中，光學(xué)薄膜中M個單元膜設(shè)置具有相同的物理結(jié)構(gòu)和光學(xué)特性；具體地，在M個單元膜中，光學(xué)膜層的層數(shù)N、每層光學(xué)膜層的膜厚、折射率和膜層分布等物理結(jié)構(gòu)都相同，從而使得M個單元膜具有相同的光學(xué)特性。采用上述布置方式，在光學(xué)薄膜的MX N層光學(xué)膜層中，任意一層光學(xué)膜層將周期性重復(fù)疊加。
[0027]在薄膜的制作過程中，光學(xué)薄膜可通過壓制或粘覆方式覆蓋在基底表面制得，具體地，在壓制過程中將多層光學(xué)膜層疊放在基底表面并壓制而成，在粘覆過程中利用多層共擠吹塑方式制成多層光學(xué)薄膜并粘覆在基體表面制成。
[0028]在第一種具體實施例中，基底采用聚甲基丙烯酸甲酯板材，又稱亞克力板材，其為硬質(zhì)的光學(xué)級板材，其具有良好的透光率(透光率大于92% )，并且具有很大的機械強度和抗沖擊性能。
[0029]如圖3所示，可以將亞克力板材的背光面做成導(dǎo)光板型，如圖4所示，可以將亞克力板材的背光面做成散光板型。將亞克力板材的背光面做成導(dǎo)光板型，當光的入射角較大時能增加照射在農(nóng)作物上的光的分布；將亞克力板材的背光面做成散光板型，可使得透光面上的各點光線方向隨機分布，光能量在地平面上的分布更加均勻；當平行入射的太陽光與地面法線的角度較大時，也使得更多的光線投射到地面的農(nóng)作物上。
[0030]其中，在亞克力板材的表面壓制光學(xué)薄膜制成新型光學(xué)聚合物復(fù)合薄膜的主要工藝流程包括:S1、將亞克力板材制成預(yù)定的形狀(例如拋物面型)和厚度，并采用模具將亞克力板材的背光面做成導(dǎo)光板型或者散光板型；S2、根據(jù)光學(xué)薄膜的光學(xué)特性設(shè)計要求，將多層光學(xué)膜層一層層地疊放在亞克力板的表面，光學(xué)膜層的膜厚在十微米到百微米量級，在遠離亞克力板材的最外側(cè)的光學(xué)膜層表面涂覆潤滑劑；S3、將S2中亞克力板材和層疊的多層光學(xué)膜層放置在加溫環(huán)境中將多層光學(xué)膜層軟化；S4、采用滾壓裝置對光學(xué)膜層進行壓制至預(yù)定的厚度，在壓制過程中控制好壓制的力度與速度以使得多個光學(xué)膜厚分布均勻，如圖5所示，得到所述新型光學(xué)聚合物復(fù)合薄膜。
[0031]其中，在亞克力板材的表面粘覆光學(xué)薄膜制成新型光學(xué)聚合物復(fù)合薄膜的主要工藝流程包括:S1、將亞克力板材制成預(yù)定的形狀(例如拋物面型)和厚度，并采用模具將亞克力板材的背光面做成導(dǎo)光板型或者散光板型；S2、根據(jù)光學(xué)薄膜的光學(xué)特性設(shè)計要求，利用多層共擠吹塑方式吹塑得到多層光學(xué)膜層；S3、在預(yù)定溫度下，在亞克力板材表面上涂覆一層熔融狀態(tài)的粘附劑，再將S2吹塑出來的多層光學(xué)膜層粘覆在亞克力板材的表面，得到所述新型光學(xué)聚合物復(fù)合薄膜。
[0032]在第二種具體實施例中，基底采用聚乙烯薄膜，其質(zhì)地柔韌，便于收納，現(xiàn)有農(nóng)業(yè)種植領(lǐng)域的大棚覆蓋薄膜的常用材料；在聚乙烯薄膜的表面壓制或粘覆光學(xué)薄膜制成新型光學(xué)聚合物復(fù)合薄膜，其制作過程與上述在亞力克板材的表面壓制光學(xué)薄膜制成新型光學(xué)聚合物復(fù)合薄膜的主要工藝流程基本相似。
[0033]在具體實施例中，基底材料不限于亞克力板材和聚乙烯薄膜，還可以選擇其他更加經(jīng)濟優(yōu)質(zhì)、便于推廣的材料。
[0034]在實際應(yīng)用過程中，在光學(xué)薄膜的制作過程中，可以根據(jù)光學(xué)薄膜的光學(xué)特性，對光學(xué)薄膜中單元模的數(shù)量M以及單元模中每層光學(xué)膜層的膜厚、折射率以及膜層分布進行設(shè)計，實現(xiàn)了對光學(xué)特性的可調(diào)，滿足了光學(xué)薄膜的不同光學(xué)特性要求；其中，光學(xué)薄膜的光學(xué)特性包括透射特性和反射特性，透光特征包括透光光譜和透光光強，反射特性包括反射光譜和透光光譜。
[0035]在具體設(shè)計時，單元模的數(shù)量M可以選擇大于2，例如根據(jù)光學(xué)特性的需要可以選擇M大于10，并且，在每個單元膜中包括2層或3層光學(xué)膜層疊加而成；在單元膜的N層光學(xué)膜層中，當N = 2時，兩層光學(xué)膜層的折射率不同，當N = 3時，第一層光學(xué)膜層和第二層光學(xué)膜層的折射率不同，第二層光學(xué)膜層和第三層光學(xué)膜層的折射率不同，第一層和第三層光學(xué)膜層的折射率不同，根據(jù)光學(xué)特性的要求也可以設(shè)計第一層和第三層光學(xué)膜層的折射率相同。
[0036]光學(xué)薄膜由M個單元膜疊加而成，在每個單元膜的N層光學(xué)膜層中，任意相鄰兩層光學(xué)膜層具有不同的折射率；基于聚合物的密度不同或者進行不同的摻雜都會影響其折射率的變化；因此，具有不同折射率的光學(xué)膜層可以采用不同密度的聚乙烯材料制成，和/或，具有不同折射率的光學(xué)膜層也可以采用不同摻雜的聚乙烯材料制成。
[0037]當然，光學(xué)膜層還可以采用其他聚合物材料制備而成，只要任意相鄰兩層光學(xué)膜層之間存在折射率差就可以實現(xiàn)本實用新型的技術(shù)方案。
[0038]在具體設(shè)計過程中，在單元膜中，N層光學(xué)膜層可以采用多種組合形式。
[0039]例如，當N = 2時，兩層光學(xué)膜層采用兩種具有不同密度的聚乙稀材料制成，或者，兩層光學(xué)膜層采用兩種具有不同摻雜的聚乙烯材料制成，或者，兩層光學(xué)膜層的其中一層在聚乙烯材料中未摻雜而另一層在聚乙烯材料進行了摻雜并且兩者的折射率不同。
[0040]例如，當N = 3時，三層光學(xué)膜層采用三種具有不同密度的聚乙烯材料制成，或者，三層光學(xué)膜層采用三種具有不同摻雜的聚乙烯材料制成，或者，三層光學(xué)膜層的其中兩層采用兩種具有不同密度的聚乙烯材料制成，而另一層采用在聚乙烯材料中進行摻雜制成，或者，三層光學(xué)膜層的其中兩層采用兩種具有不同摻雜的聚乙烯材料制成，而另一層在聚乙烯材料中未進行摻雜。
[0041]本實用新型提出的新型光學(xué)聚合物復(fù)合薄膜，其工藝簡單，通過借助于聚合物的產(chǎn)業(yè)化可實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，價格低廉，具有非常廣泛的應(yīng)用場景和應(yīng)用范圍。
[0042]例如，可以將本實用新型的新型光學(xué)聚合物復(fù)合薄膜應(yīng)用在農(nóng)業(yè)種植領(lǐng)域中。
[0043]第一方面，將本實用新型的新型光學(xué)聚合物復(fù)合薄膜用在農(nóng)業(yè)種植領(lǐng)域中作為濾光薄膜的應(yīng)用。可以在亞克力板材上壓制或粘覆光學(xué)薄膜制成濾光裝置，通過光學(xué)膜層的層數(shù)、每層光學(xué)膜層的厚度和折射率以及多層光學(xué)膜層的膜層分布的設(shè)計，該濾光裝置可以透過預(yù)定波長范圍的光(例如紅光、藍光)并反射其他波長的光(例如綠光)，從而更高效利用太陽能，不僅使太陽光最大限度地提供滿足農(nóng)作物生長有用的能量，并通過阻斷預(yù)定的光以改善農(nóng)作物的生長環(huán)境。進一步地，可以將亞克力板材制成拋物面型，反射的光在拋物面的焦面處聚集可用于發(fā)電，用于發(fā)電的光能只損失了太陽光中較小的一部分紅藍光，這樣，可在保證農(nóng)作物生長的同時可以將其余的光轉(zhuǎn)化為電能。
[0044]第二方面，將本實用新型的新型光學(xué)聚合物復(fù)合薄膜用在農(nóng)業(yè)種植領(lǐng)域中作為覆蓋薄膜的應(yīng)用。在聚乙烯基底上壓制或粘覆光學(xué)薄膜制成種植大棚覆蓋膜，通過光學(xué)膜層的層數(shù)、每層光學(xué)膜層的厚度和折射率以及多層光學(xué)膜層的膜層分布的設(shè)計，光學(xué)薄膜可透過可見光波長范圍的可見光，從而不影響農(nóng)作物生長所需要的太陽光，并可反射預(yù)定波長范圍的光，其中預(yù)定波長范圍的光包括紅外光和紫外光，通過阻斷紅外光可以降低覆蓋膜內(nèi)的環(huán)境溫度，減少了夏季水分的蒸發(fā)，隔熱保濕，節(jié)省了水資源，通過阻斷紫外光可以降低其對農(nóng)作物細胞的破壞作用，提升農(nóng)作物的生長環(huán)境。新型光學(xué)聚合物復(fù)合薄膜用在農(nóng)業(yè)種植領(lǐng)域中作為覆蓋薄膜可以替代傳統(tǒng)的種植大棚覆蓋膜；并且，所述種植大棚覆蓋膜可向干旱地區(qū)、沙漠地帶推廣，這對改善干旱或沙漠地帶的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境治理提供了更好的解決途徑，其將起到十分有益的功效。
[0045]以上所述，僅為本實用新型較佳的【具體實施方式】，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本實用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本實用新型的技術(shù)方案及其實用新型構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種新型光學(xué)聚合物復(fù)合薄膜，其特征在于，包括:基底和光學(xué)薄膜；基底采用聚合物材料制成，光學(xué)薄膜壓制或粘覆在基底表面，光學(xué)薄膜由M個單元膜疊加而成，其中M >2，每個單元膜由N層采用聚合物材料制成的光學(xué)膜層疊加而成，其中N = 2或者N = 3，每層光學(xué)膜層具有預(yù)定的膜厚，任意相鄰兩層光學(xué)膜層具有不同的折射率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型光學(xué)聚合物復(fù)合薄膜，其特征在于，M個單元膜具有相同的物理結(jié)構(gòu)和光學(xué)特性，其中，光學(xué)薄膜的光學(xué)特性包括透射特性和反射特性，透光特征包括透光光譜和透光光強，反射特性包括反射光譜和反射光強。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型光學(xué)聚合物復(fù)合薄膜，其特征在于，在單元膜中，具有不同折射率的光學(xué)膜層由具有不同密度的聚合物材料制成，和/或，具有不同折射率的光學(xué)膜層由具有不同摻雜的聚合物材料制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的新型光學(xué)聚合物復(fù)合薄膜，其特征在于，聚合物材料為聚乙稀材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的新型光學(xué)聚合物復(fù)合薄膜，其特征在于，基底為聚甲基丙烯酸甲酯板材。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的新型光學(xué)聚合物復(fù)合薄膜，其特征在于，聚甲基丙烯酸甲酯板材的背光面為導(dǎo)光板型或者散光板型。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的新型光學(xué)聚合物復(fù)合薄膜，其特征在于，聚甲基丙烯酸甲酯板材的形狀為拋物面型。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的新型光學(xué)聚合物復(fù)合薄膜，其特征在于，基底為聚乙烯薄膜。
【文檔編號】G02B1/04GK204241713SQ201420787489
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月13日
【發(fā)明者】劉 文, 許立新, 姚培軍, 邵歡歡, 張放心, 錢大憨, 劉路青, 張智森 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)先進技術(shù)研究院