什么是DLC鏡片鍍膜？它有哪些特征與應用？

在現(xiàn)代光學技術中，鍍膜是提升鏡片性能的關鍵工藝之一，常見的鍍膜包括抗反射（AR）鍍膜、防水鍍膜、增透鍍膜等。然而，在特殊應用領域（如紅外光學、軍工、醫(yī)療設備等），傳統(tǒng)鍍膜可能無法滿足高耐磨、高透光的需求，尤其在一些特殊戶外環(huán)境的一些光學產(chǎn)品，表面鋼化則需要一種更加實用的鍍膜方式，這時，DLC（Diamond-Like Carbon，類金剛石碳）鍍膜便成為了一種理想選擇。

1. 什么是DLC鍍膜？

DLC（Diamond-Like Carbon，類金剛石碳）是一種非晶態(tài)碳材料，其結構介于石墨（軟質碳）和金剛石（超硬碳）之間。我們都知道，碳元素因碳原子和碳原子之間的不同結合方式，從而使其最終產(chǎn)生不同的物質。金剛石（diamond）—碳碳以 sp3鍵的形式結合；石墨（graphite）—碳碳以sp2鍵的形式結合；而類金剛石（DLC）—碳碳則是以sp3和 sp2鍵的形式結合，生成的無定形碳的一種亞穩(wěn)定形態(tài)，它沒有嚴格的定義，可以包括很寬性質范圍的非晶碳，因此兼具了金剛石和石墨的優(yōu)良特性；

因此，由類金剛石而來的DLC膜同樣是一種亞穩(wěn)態(tài)長程無序的非晶材料，碳原子間的鍵合方式是共價鍵，主要包含sp2和sp3兩種雜化鍵，而在含氫的DLC膜中還存在一定數(shù)量的C-H鍵。它既具備類似金剛石的高硬度、高耐磨性，又擁有良好的光學透過率和化學穩(wěn)定性。

DLC鍍膜的主要特性

特性 /說明

高硬度 /硬度可達20-80 GPa（接近天然鉆石），抗刮擦能力極強

低摩擦系數(shù) /表面光滑，摩擦系數(shù)低（0.1-0.2），適合運動部件

化學惰性 /耐酸、堿、鹽腐蝕，適用于惡劣環(huán)境

紅外高透過率 /在8-14μm波段仍能保持高透光率（如88%以上）

生物相容性 /可用于醫(yī)療設備，如內窺鏡、手術器械

2. DLC鍍膜在光學鏡片中的應用

DLC鍍膜通常用于需要高耐久性+高透光率的光學鏡片，例如：

紅外熱成像鏡頭（8-14μm波段）

激光光學系統(tǒng)（如CO?激光鏡片）

軍用/航空光學設備（需抗沙塵、抗沖擊）

醫(yī)療內窺鏡（耐磨+生物相容性）

DLC鍍膜 vs. 傳統(tǒng)鍍膜

鍍膜類型 /優(yōu)點 /缺點

AR鍍膜（抗反射）/ 提高透光率 /耐磨性一般

MgF?鍍膜（氟化鎂）/成本低，抗反射 /硬度較低

金屬鍍膜（如金、銀）/高紅外反射 /易氧化，機械強度低

DLC鍍膜 /高硬度+高透光 /成本較高，需精密沉積工藝

3. 為什么DLC鍍膜在8-14μm波段仍能保持高透過率？

在紅外光學（如熱成像、激光傳輸）中，8-14μm是一個重要波段，但許多材料在此波段吸收較強，DLC鍍膜能保持高透過率的關鍵在于具備低吸收率（DLC的碳鍵結構使其在中遠紅外波段吸收極低）、可調控折射率（通過調整沉積工藝（如PECVD），可使DLC的折射率匹配基底材料，減少反射損失）以及超薄均勻性（DLC鍍膜通常僅幾百納米厚，不會明顯影響紅外光的穿透）。

典型數(shù)據(jù)：

單層DLC鍍膜在8-14μm波段透過率可達 88%以上

結合AR鍍膜（如一面AR+一面DLC），透過率可進一步提升至 90%+

4. DLC鍍膜的制備工藝

DLC鍍膜通常采用物理氣相沉積（PVD）或等離子體增強化學氣相沉積（PECVD）技術制備：

PVD（磁控濺射、電弧離子鍍）：適合高硬度DLC，但可能影響光學均勻性。

PECVD（等離子體增強化學氣相沉積）：可制備更均勻的DLC膜層，適合光學應用。

關鍵參數(shù)：

沉積溫度（通常<200℃以避免損傷光學基底）

氣體比例（如甲烷+氬氣混合）

偏壓電壓（影響膜層致密度）

5. 未來發(fā)展趨勢

DLC鍍膜仍在不斷優(yōu)化，未來可能的發(fā)展方向包括：

摻雜DLC（如Si-DLC、F-DLC）以提升特定波段的性能

納米復合DLC（結合其他材料，如氮化硅）以增強機械性能

超低應力DLC（避免膜層開裂，提高耐久性）

DLC鍍膜憑借其超高硬度、優(yōu)異的紅外透過率和化學穩(wěn)定性，成為高端光學鏡片的理想選擇。特別是在8-14μm紅外波段，它能夠與AR鍍膜協(xié)同工作，實現(xiàn)>88%的高透過率+超強耐磨性，適用于軍工、醫(yī)療、激光等嚴苛環(huán)境，隨著鍍膜技術的進步，DLC有望在更多光學領域替代傳統(tǒng)鍍膜，成為下一代高性能光學器件的關鍵材料。