Kính quang học, một vật liệu cơ bản trong lĩnh vực quang tử và công nghệ thông tin, đã chứng kiến ​​những tiến bộ nhanh chóng trong các ứng dụng như truyền ánh sáng, lưu trữ quang học và hiển thị quang điện. Tiến bộ này phần lớn là do sự tích hợp của quang học với khoa học thông tin điện tử và khoa học vật liệu mới, khiến kính quang học trở thành nền tảng trong sự phát triển của công nghệ thông tin, đặc biệt là trong công nghệ thông tin quang tử.

1. Triển vọng

Kính quang học là một thành phần quan trọng của ngành công nghệ quang tử. Từ những năm 1990, sự kết hợp giữa quang học với khoa học thông tin điện tử và khoa học vật liệu mới đã thúc đẩy việc sử dụng kính quang học trong truyền dẫn ánh sáng, lưu trữ quang học và hiển thị quang điện. Điều này đã đưa kính quang học trở thành một yếu tố nền tảng trong xã hội thông tin, đặc biệt là trong công nghệ thông tin quang tử. Sự tăng trưởng liên tục và ổn định của nền kinh tế trong nước đã thúc đẩy sự phát triển nhanh chóng của ngành sản xuất kính quang học của Trung Quốc. Chủ yếu tập trung vào doanh số bán hàng trong nước, ngành này đã cho thấy khả năng phục hồi trước cuộc khủng hoảng tài chính, duy trì quỹ đạo tăng trưởng mạnh mẽ.

2. Giới thiệu

Kính quang học được sử dụng để sản xuất thấu kính, lăng kính, gương và cửa sổ cho các dụng cụ quang học hoặc hệ thống cơ khí. Nó bao gồm kính quang học không màu (thường được gọi là kính quang học), kính quang học màu, kính quang học chống bức xạ, kính chống bức xạ và thủy tinh thạch anh quang học. Kính quang học có đặc điểm là độ trong suốt cao, tính đồng nhất về mặt hóa học và vật lý, và hằng số quang học cụ thể. Nó có thể được phân loại thành các loại silicat, borat, phosphate, fluoride và chalcogenide. Sự đa dạng rất rộng, chủ yếu được phân loại dựa trên vị trí của chúng trên biểu đồ chiết suất (nD)-số Abbe (VD). Theo truyền thống, kính có nD > 1.60 và VD > 50, và nD < 1.60 và VD > 55 được phân loại là kính crown (K), trong khi những loại khác được phân loại là kính flint (F). Kính crown thường được sử dụng cho thấu kính lồi và kính flint cho thấu kính lõm. Kính crown thường thuộc hệ thống borosilicate kiềm, kính crown nhẹ thuộc hệ thống aluminosilicate, kính crown nặng và kính flint bari thuộc hệ thống borosilicate không kiềm, và hầu hết kính flint thuộc hệ thống silicat chì-kali. Khi các lĩnh vực ứng dụng của kính quang học mở rộng, các loại kính này tiếp tục phát triển, kết hợp hầu hết tất cả các nguyên tố trong bảng tuần hoàn.

3. Phân loại kính quang học

• Kính quang học không màu: Cần có hằng số quang học cụ thể, với độ truyền qua cao trong vùng khả kiến ​​và không có màu hấp thụ chọn lọc. Được phân loại theo số Abbe thành kính crown và kính flint, mỗi loại được chia thêm theo chiết suất. Thường được sử dụng trong kính thiên văn, kính hiển vi và máy ảnh cho thấu kính, lăng kính và gương.
• Kính quang học chống bức xạ: Khả năng hấp thụ cao đối với bức xạ năng lượng cao, bao gồm kính chì cao và kính hệ thống CaO-B2O2. Loại trước bảo vệ chống lại tia γ và tia X, loại sau hấp thụ các neutron chậm và nhiệt, được sử dụng trong ngành công nghiệp hạt nhân và lĩnh vực y tế làm vật liệu che chắn và cửa sổ quan sát.
• Kính quang học chống bức xạ: Thay đổi tối thiểu trong khả năng truyền qua vùng khả kiến ​​dưới sự chiếu xạ tia gamma và tia X, với nhiều loại và cấp độ tương tự như kính quang học không màu, được sử dụng trong các dụng cụ quang học bức xạ năng lượng cao và cửa sổ quan sát.
• Kính quang học màu: Còn được gọi là kính lọc, hấp thụ và truyền chọn lọc các bước sóng cụ thể trong vùng UV, khả kiến ​​và IR. Được phân loại theo đặc điểm quang phổ thành các loại hấp thụ chọn lọc, cắt và xám trung tính, và theo cơ chế tạo màu thành màu ion, màu keo kim loại và màu lưu huỳnh selenide, chủ yếu được sử dụng trong sản xuất bộ lọc.
• Kính quang học UV và IR: Hằng số quang học cụ thể và khả năng truyền sáng cao trong dải UV hoặc IR, được sử dụng trong các thiết bị quang học UV và IR hoặc làm vật liệu cửa sổ.
• Kính thạch anh quang: Chủ yếu được cấu tạo từ silicon dioxide, đặc trưng bởi khả năng chịu nhiệt độ cao, hệ số giãn nở thấp, độ bền cơ học cao và tính chất hóa học tốt, được sử dụng trong lăng kính, thấu kính, cửa sổ và gương có yêu cầu truyền dẫn đặc biệt. Ngoài ra, được sử dụng trong sản xuất mạch tích hợp quy mô lớn, tấm LCD và chất nền đĩa quang.

4. Phân loại phân tán

Phân loại theo độ phân tán thành lớp vương miện (K) và lớp đá lửa (F):

• Kính quang Crown: Bao gồm mão răng fluoride (FK), mão răng nhẹ (QK), mão răng phosphate (PK), mão răng phosphate nặng (ZPK), mão răng (K), mão răng nặng (ZK), mão răng bari (BaK), mão răng lanthanum (LaK), mão răng titan (TiK) và mão răng đặc biệt (TK).
• Kính quang học Flint: Bao gồm đá lửa nhẹ (QF), đá lửa (F), đá lửa nặng (ZF), đá lửa bari (BaF), đá lửa bari nặng (ZBaF), đá lửa lanthanum (LaF), đá lửa lanthanum nặng (ZLaF), đá lửa titan (TiF), đá lửa vương miện (KF) và đá lửa đặc biệt (TF).

5. Khả năng chống bức xạ

Kính chống bức xạ là một loại kính quang học rộng, bao gồm kính chống bức xạ và kính chống bức xạ.

• Kính chống bức xạ: Chủ yếu hấp thụ tia γ và tia X. Khi tia γ hoặc tia X đi vào kính, các hiệu ứng quang điện bên trong tạo ra các cặp electron-positron, làm giảm năng lượng và khả năng xuyên thấu của tia, cung cấp khả năng bảo vệ. Tăng mật độ của kính chống bức xạ sẽ tăng cường khả năng che chắn của kính, thường có mật độ ≥4.5g/cm³.
• Kính quang học chống bức xạ: Chống đổi màu dưới bức xạ tia γ. Được đặt tên dựa trên các loại kính quang học có khả năng chống bức xạ bổ sung theo đơn vị Roentgen, ví dụ, K509 có thể chịu được 10 Roentgen tia γ. CeO2 được đưa vào để bắt electron, ngăn ngừa sự hình thành tâm màu, nhưng CeO2 quá nhiều có thể gây ra hiện tượng ố vàng do dải hấp thụ UV và IR kéo dài.

KHAI THÁC. Nguyên liệu

Cát thạch anh chất lượng cao là nguyên liệu thô chính, bổ sung thêm các vật liệu khác. Các nguyên tố đất hiếm, với chỉ số khúc xạ cao, độ phân tán thấp và độ ổn định hóa học tốt, được sử dụng để sản xuất kính quang học cho máy ảnh, máy quay phim và kính viễn vọng cao cấp. Ví dụ, kính lanthanum với 60% La2O3 và 40% B2O3 là cần thiết cho ống kính máy ảnh và kính tiềm vọng cao cấp. Khả năng chống bức xạ của các nguyên tố đất hiếm cũng được sử dụng trong sản xuất kính chống bức xạ.

7. Xử lý lạnh

Một phương pháp sử dụng xử lý nhiệt hơi hóa học và thủy tinh soda-vôi-silica để thay đổi cấu trúc phân tử mà không ảnh hưởng đến màu sắc và độ truyền sáng, đạt được tiêu chuẩn độ cứng cực cao cho kính chống cháy. Quy trình bao gồm cắt và mài cạnh kính soda-vôi-silica, xử lý nhiệt hơi hóa học, phủ lớp chống cháy và tôi luyện vật lý đặc biệt.

KHAI THÁC. Phát triển

Sự phát triển của kính quang học gắn liền chặt chẽ với các dụng cụ quang học. Những cải cách mới trong hệ thống quang học thường thúc đẩy sự tiến bộ trong kính quang học và các loại kính mới, đến lượt nó, có thể thúc đẩy sự phát triển của các dụng cụ quang học. Ban đầu, tinh thể tự nhiên được sử dụng cho các thành phần quang học, với kính trở thành vật liệu chính từ thế kỷ 16. Thế kỷ 17 chứng kiến ​​sự ra đời của oxit chì trong kính, dẫn đến sự phân loại kính vương miện và kính đá lửa. Thế kỷ 19 đánh dấu những tiến bộ đáng kể với sự ra đời của các oxit mới, mở rộng các loại kính và cho phép chế tạo các dụng cụ quang học phức tạp hơn. Sau Thế chiến II, sự ra đời của các nguyên tố đất hiếm và oxit hiếm đã làm đa dạng hơn nữa kính quang học, đáp ứng nhu cầu của các dụng cụ quang học tiên tiến.

Định hướng tương lai:

1. Phát triển kính có chiết suất cực cao.
2. Tạo ra thủy tinh có độ phân tán tương đối đặc biệt.
3. Kính quang học hồng ngoại và cực tím mở rộng.
4. Thay thế các thành phần có hại như ThO2, BeO và Sb2O3.
5. Tăng cường tính ổn định hóa học.
6. Cải thiện độ trong suốt và ngăn ngừa hiện tượng đổi màu do bức xạ gây ra.
7. Cải tiến quy trình sản xuất để giảm chi phí cho các loại thủy tinh mới.