光学薄膜的应用领域及分类
光学薄膜是利用薄膜对光的作用而工作的一种功能薄膜，光学薄膜在改变光强方面可以实现分光透射、分光反射、分光吸收以及光的减反、增反、分束、高通、低通、窄带滤波等功能。光学薄膜的种类有很多，这些薄膜赋予光学元件各种使用性能，在实现光学仪器的功能和影响光学仪器的质量方面起着重要的或者决定性的作用。
传统的光学薄膜是现代光学仪器和各种光学器件的重要组成部分，通过在各种光学材料的表面镀制一层或多层薄膜，利用光的干涉效应来改变透射光或反射光的光强、偏振状态和相位变化。薄膜可以被镀制在光学玻璃、塑料、光纤、晶体等各种材料表面上。它的厚度可从几个nm到几十、上百个μm。光学薄膜可以得到很好的牢固性、光学稳定性，成本又比较低，几乎不增加材料的体积和重量，因此是改变系统光学参数的首选方法，甚至可以说没有光学薄膜就没有现代的光学仪器和各种光学器件。在两百多年的发展过程中，光学薄膜形成了一套完整的光学理论—薄膜光学。光学薄膜已广泛应用于各种光学器件(如激光谐振腔、干涉滤波片、光学镜头等)，不仅如此它在光电领域中的重要作用亦逐渐为人们所认识。
1、分光膜
把一束光分为两部分的器件称为分光镜。分光镜的工作部分一般是一个镀过膜的平面，它在一定的波长范围内具有特定的反射率和透射率。通常这个平面是倾斜的，因此入射光和反射光便分离开来。分光镜的预定反射率和透射率值随其用途不同而相异。
对于不同的分光镜往往有不同的透射率和反射率比T/R，即分光比。
最常用的是中性分光镜，T/R=50/50，它把一束光分成光谱成分相同的两束光。因为它在某波长区域内对各波长具有相同的透射率和反射率比，因而反射光和透射光不带有颜色，呈中性。
常用的中性分光镜有两种结构：一种是在透明的平板基片上镀上分光膜，另一种是把膜层镀在两个直角棱镜上，再膜面对膜面地胶合成立方体。常用的有金属分光镜和介质分光镜两类。金属膜分光镜分光的光谱宽度较宽，缺点是吸收损失较大，分光效率较低，介质分光镜的特点是分光效率高，偏振效应明显，分光特性色散明显。
介质膜分光镜与金属膜分光镜相比，因为介质膜的吸收小到可以忽略的程度，所以分光效率高，这是介质分光镜的优点，但是介质膜的特性对波长较敏感，给中性分光带来困难。同时，一般介质膜分光镜的偏振效应较大，这也是它的不足之处。
2、增透膜（也叫减反射膜，或者AR膜）
假定光线垂直入射在表面上，这时表面的反射光强度与入射光的强度比值(反射率)只决定于相邻介质的折射率的比值。
折射率为1.52的冕牌玻璃每个表面的反射约为4.2%左右．折射率较高的火石玻璃则表面反射更为显著。这种表面反射造成了两个严重的后果：光能量损失使象的亮度降低；表面反射光经过多次反射或漫射，有一部分成为杂散光，最后也到达象平面使象的衬度降低图象质量，特别是电视、电影摄影镜头等复杂系统都包含了很多个与空气相邻的表面，如不镀上增透膜其性能就会大大降低。
应用于可见光谱区的光学仪器非常多，就其产量来说占据了减反射膜的绝大部分，几乎在所有的光学器件上都要进行减反处理。
3、干涉截止滤光膜
要求某一波长范围的光束高透射，而偏离这一波长的光束骤然变化为高反射(或称抑制)的干涉截止滤光片有着广泛的应用。我们把抑制短波区、透射长波区的滤光片称为长波通道滤光片。相反，抑制长波区、透射短波区的截止滤光片就称为短波通滤光片。
大多数情况下，是希望截止于某一特定波长，或者长于该波长的所有光线。通常的办法是使干涉滤光片同吸收滤光片相组合。它既可以用作截止长波的短波通滤光片，也可以用作截止短波的长波通滤光片。只要改变监控膜层厚度的波长，截止限的位置可以随意移动。
4、反射膜
反射膜是用于把入射光能量大部分或几乎全部反射的光学元件。在有些光学系统中，要求光学元件具有较高的反射本领，例如，激光器的反射镜要求对某种频率的单色光的反射率在90％以上。为了增强反射能量，常在玻璃表面镀一层高反射率的透明薄膜，利用其上下表面反射光的光程差满足干涉相长的条件，使反射光增强。
金属膜有很高的反射率，吸收率也较高，而介质膜的不但反射率可以较高，还有较小的吸收率。
铝是唯一从紫外到红外(0.2～30μm)具有很高反射率的材料。大约在波长0.85μm处反射率出现一极小值，其值为86%。铝膜对基板的附着力比较强、机械强度和化学稳定性也比较好，所以广泛用作反射膜。新沉积的铝膜暴露于常温大气后，表面立即形成一层非晶的高透明的Al2O3膜，短时间内氧化物迅速生长到15～20.，然后缓慢生长，一个月后达到50左右。对缓慢蒸发的铝膜，氧化物的厚度可以达到90.以上。氧化物的存在使铝膜的反射率下降，特别是波长小于200nm的区域，为此要用MgF2膜作保护层。在可见光区，通常用SiO作为初始材料，蒸发得到硅的氧化物薄膜作为Al膜的保护膜。最佳的制备铝膜的条件：高纯铝(99.99%)；高真空中快速蒸发(50～100nm/s)；基板温度低于50℃。
在可见光及红外波段内，银膜的反射率是所有已知材料中最高的。在可见光区和红外区，反射率分别达到95%和99%左右。但是，银膜的附着力差，机械强度和化学稳定性差，所以主要用于短期使用的零件。银膜在紫外区的反射率很低，在波长400nm开始下降，到320nm附近降到4%左右。当银膜暴露于空气中时反射率会逐渐降低，主要原因是表面形成的氧化银(AgO、Ag2O3)和硫化银，因此要在银膜上镀保护膜。最佳的制备工艺与铝的相似，即高真空、快速蒸发、低的基板温度
降低薄膜反射率的一个重要因素是散射。造成散射损耗的原因是多种多样的，薄膜的成核和生长机理引起膜层微观结构的不均匀，从而会产生散射，借助于电子显微镜观察多层膜断面的微观结构，其呈现非常明显的柱状，膜层内部充满空隙，而面变得凹凸不平。此外，基片表面的粗糙度及其缺陷，还有蒸发源喷溅的粒子、膜层中的微尘、裂纹和针孔等因素相互交叉构成复杂的散射模型。总的来说我们可以把散射归结为二类，即体积散射和表面散射。
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茂金属聚乙烯薄膜在高性能包装中的应用
茂金属聚乙烯薄膜的特点
茂金属聚乙烯是指用茂金属催化剂反应制得的聚乙烯材料，简称茂金属(mPE)。与普通的齐格勒-纳塔催化剂制得的LLDPE相比，mPE具有相对较窄的分子量分布以及较均匀的组成分布，因此所制得的薄膜强度高，纵横向强度均匀性好。由于分子量分布窄，低分子物含量极少，因此抗化学萃取和抗污染性能好，薄膜粘性低;同时不含有超高分子物，所以晶点较少。mPE薄膜具有优良的物理机械性能，比如：抗穿刺，耐冲击，拉力高，撕裂好等特点。mPE薄膜热封性能很好，起封温度低，热封温度范围宽，熔点峰值低，缩短了热封时间，密封性能好，渗漏断裂现象大大减少。此外，mPE薄膜还具有食品包装需要的防潮、隔气、抗氧化、耐油、耐冻、耐蒸煮、耐化学腐蚀，无毒、无味、不影响食品营养成分，保持食品香味、印刷性能好、容易开口等特性，因此成为高性能包装薄膜常用的树脂材料。一般性的LLDPE薄膜在油脂存在情况下易产生迁移、氧化，在碱、酸或者强力表面活性剂的作用下，热封焊缝往往会破裂，造成污染。而mPE薄膜具有传统的LDPE、LLDPE、PP、EVA等材质薄膜所不及的诸多优点，目前正在逐步取代一部分传统包装材料，它将以优异的性能在包装行业占据相当重要的地位。
茂金属聚乙烯薄膜在高性能包装中的应用
选材与配方设计
由于mPE树脂在吹膜过程中对工艺、设备均有一定的要求，mPE薄膜生产成本受到制约。在生产过程中，采用mPE/LLDPE共混挤出吹塑方法获得了性能优异的包装材料，降低了薄膜的综合成本，并使熔体粘度下降，传递给螺杆的扭矩减少，从而减轻驱动载荷，使大规模生产薄膜得以实现。高性能包装膜的生产配比一般mPE为60%，LLDPE或者LDPE为40%时，其成本、生产工艺和性能达到较理想的状态。
高性能包装用mPE薄膜的生产工艺控制
茂金属聚乙烯树脂由于其特殊的分子量分布以及组成分布，决定了该聚合物的加工工艺甚至加工设备与传统材料有所不同。在茂金属薄膜的生产过程中，必须保证设备的正常运行和严格控制好工艺条件，以达到稳定产品质量的目的。
1.生产工艺流程：mPE薄膜的生产工艺与普通聚乙烯薄膜工艺基本相同，但工艺条件控制有所区别。工艺流程大致如下：配料-搅拌-挤出-吹胀-冷却-电晕-牵引-收卷-检验-包装。
2.吹塑工艺控制：由于目前茂金属聚乙烯树脂价格高于普通聚乙烯树脂，为降低成本，采用mPE与通用级LLDPE或者LDPE树脂混合使用。当原料计量进入挤出机加料段时，树脂处于熔融阶段，粘度陡然增大，通过螺杆传递扭矩，驱动电动机电流上升。如果控制不好会造成停机或者其他现象出现，机内物料的温度也随之上升，熔体出口模时造成牵引不平稳，出现破膜、断膜、膜泡不稳定，进而影响薄膜的幅宽和厚薄均匀性。如果降温，则薄膜塑化不好、晶点多、透明度差，薄膜的力学性能下降，膜质较硬，且粗糙。与其他薄膜复合时出现局部收缩、脱层、热封效果差等一系列问题。因而mPE吹塑工艺最好遵循：低-高-中-中温区挤出工艺的规律，从而使熔体塑化均匀，出料平稳，牵引，收卷正常。这样，在加料段应当保持低温，以确保送料及时和强大的推力;在压缩段应迅速升温，使树脂提前熔融，减少熔体因粘度增大而产生的超扭矩反应;熔体进入均化段应采用降温的办法，便于转移更多的热量积累，使物料处于平稳的粘流状态，保证熔体均衡通过滤网，形成稳定的管膜，杜绝熔体破裂现象，为后面的牵引、冷却打好基础。
冷却也是mPE薄膜加工中很重要的一环，由于mPE树脂熔体挤出温度比传统LLDPE高而结晶温度又比LLDPE低，及时转移熔体热量尤其重要。应采用双层风环及时散热以满足工艺要求。适宜的吹胀比有助于膜泡冷却，提高薄膜的均衡取向，也保证薄膜厚薄的均一性。在mPE薄膜的生产过程中吹胀比保持在1.8-3.5之间为佳，霜线高度应控制在2D(D为机头口模直径)左右，薄膜的综合质量得以保证。
3.设备的要求：mPE树脂在进入挤出机后物料从受挤压到熔融，物料进入熔融中期时熔体粘度陡增，物料的摩擦力增大，造成螺杆扭矩增大，产生压力传递，挤出机的驱动部分承受很大载荷，使主机电流升高，因而在设备选型时，必须选择驱动功率能足够承受生产中出现的扭矩及载荷的设备。在生产过程中，控制合理的工艺条件也可在一定范围内改善主机承受的载荷，确保生产正常进行。
挤出机螺杆长径比选择也是mPE薄膜生产设备的一个关键，选择螺杆的长径比合理可生产优质的mPE薄膜，同时也能保证生产能力的实现，从而减少浪费获得一定的收益。目前对mPE薄膜加工要采用的螺杆技术参数看法并不一致，但挤出机螺杆应有足够的挤出压力，使螺杆在压缩段具有足够的剪切作用;进入均化段后又须减少剪切，使熔体松弛，并迅速转移热量，快速出模以稳定生产能力。一般螺杆长径比选择在25：1–32：1之间才能保证mPE薄膜的产量及产品质量。
结语
茂金属聚乙烯材料由于其优异的性能已经被普遍应用到食品包装和工业包装领域。各大茂金属的供应商也在积极升级技术，开发新一代茂金属材料，力求做到性能、挺度、加工、热封等各方面的平衡。不同的茂金属催化剂得到的茂金属性能也不相同，用户可根据自己产品的需求选择合适的茂金属材料。
茂金属聚乙烯薄膜的特点
茂金属聚乙烯是指用茂金属催化剂反应制得的聚乙烯材料，简称茂金属(mPE)。与普通的齐格勒-纳塔催化剂制得的LLDPE相比，mPE具有相对较窄的分子量分布以及较均匀的组成分布，因此所制得的薄膜强度高，纵横向强度均匀性好。由于分子量分布窄，低分子物含量极少，因此抗化学萃取和抗污染性能好，薄膜粘性低;同时不含有超高分子物，所以晶点较少。mPE薄膜具有优良的物理机械性能，比如：抗穿刺，耐冲击，拉力高，撕裂好等特点。mPE薄膜热封性能很好，起封温度低，热封温度范围宽，熔点峰值低，缩短了热封时间，密封性能好，渗漏断裂现象大大减少。此外，mPE薄膜还具有食品包装需要的防潮、隔气、抗氧化、耐油、耐冻、耐蒸煮、耐化学腐蚀，无毒、无味、不影响食品营养成分，保持食品香味、印刷性能好、容易开口等特性，因此成为高性能包装薄膜常用的树脂材料。一般性的LLDPE薄膜在油脂存在情况下易产生迁移、氧化，在碱、酸或者强力表面活性剂的作用下，热封焊缝往往会破裂，造成污染。而mPE薄膜具有传统的LDPE、LLDPE、PP、EVA等材质薄膜所不及的诸多优点，目前正在逐步取代一部分传统包装材料，它将以优异的性能在包装行业占据相当重要的地位。
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由于mPE树脂在吹膜过程中对工艺、设备均有一定的要求，mPE薄膜生产成本受到制约。在生产过程中，采用mPE/LLDPE共混挤出吹塑方法获得了性能优异的包装材料，降低了薄膜的综合成本，并使熔体粘度下降，传递给螺杆的扭矩减少，从而减轻驱动载荷，使大规模生产薄膜得以实现。高性能包装膜的生产配比一般mPE为60%，LLDPE或者LDPE为40%时，其成本、生产工艺和性能达到较理想的状态。
高性能包装用mPE薄膜的生产工艺控制
茂金属聚乙烯树脂由于其特殊的分子量分布以及组成分布，决定了该聚合物的加工工艺甚至加工设备与传统材料有所不同。在茂金属薄膜的生产过程中，必须保证设备的正常运行和严格控制好工艺条件，以达到稳定产品质量的目的。
1.生产工艺流程：mPE薄膜的生产工艺与普通聚乙烯薄膜工艺基本相同，但工艺条件控制有所区别。工艺流程大致如下：配料-搅拌-挤出-吹胀-冷却-电晕-牵引-收卷-检验-包装。
2.吹塑工艺控制：由于目前茂金属聚乙烯树脂价格高于普通聚乙烯树脂，为降低成本，采用mPE与通用级LLDPE或者LDPE树脂混合使用。当原料计量进入挤出机加料段时，树脂处于熔融阶段，粘度陡然增大，通过螺杆传递扭矩，驱动电动机电流上升。如果控制不好会造成停机或者其他现象出现，机内物料的温度也随之上升，熔体出口模时造成牵引不平稳，出现破膜、断膜、膜泡不稳定，进而影响薄膜的幅宽和厚薄均匀性。如果降温，则薄膜塑化不好、晶点多、透明度差，薄膜的力学性能下降，膜质较硬，且粗糙。与其他薄膜复合时出现局部收缩、脱层、热封效果差等一系列问题。因而mPE吹塑工艺最好遵循：低-高-中-中温区挤出工艺的规律，从而使熔体塑化均匀，出料平稳，牵引，收卷正常。这样，在加料段应当保持低温，以确保送料及时和强大的推力;在压缩段应迅速升温，使树脂提前熔融，减少熔体因粘度增大而产生的超扭矩反应;熔体进入均化段应采用降温的办法，便于转移更多的热量积累，使物料处于平稳的粘流状态，保证熔体均衡通过滤网，形成稳定的管膜，杜绝熔体破裂现象，为后面的牵引、冷却打好基础。
冷却也是mPE薄膜加工中很重要的一环，由于mPE树脂熔体挤出温度比传统LLDPE高而结晶温度又比LLDPE低，及时转移熔体热量尤其重要。应采用双层风环及时散热以满足工艺要求。适宜的吹胀比有助于膜泡冷却，提高薄膜的均衡取向，也保证薄膜厚薄的均一性。在mPE薄膜的生产过程中吹胀比保持在1.8-3.5之间为佳，霜线高度应控制在2D(D为机头口模直径)左右，薄膜的综合质量得以保证。
3.设备的要求：mPE树脂在进入挤出机后物料从受挤压到熔融，物料进入熔融中期时熔体粘度陡增，物料的摩擦力增大，造成螺杆扭矩增大，产生压力传递，挤出机的驱动部分承受很大载荷，使主机电流升高，因而在设备选型时，必须选择驱动功率能足够承受生产中出现的扭矩及载荷的设备。在生产过程中，控制合理的工艺条件也可在一定范围内改善主机承受的载荷，确保生产正常进行。
挤出机螺杆长径比选择也是mPE薄膜生产设备的一个关键，选择螺杆的长径比合理可生产优质的mPE薄膜，同时也能保证生产能力的实现，从而减少浪费获得一定的收益。目前对mPE薄膜加工要采用的螺杆技术参数看法并不一致，但挤出机螺杆应有足够的挤出压力，使螺杆在压缩段具有足够的剪切作用;进入均化段后又须减少剪切，使熔体松弛，并迅速转移热量，快速出模以稳定生产能力。一般螺杆长径比选择在25：1–32：1之间才能保证mPE薄膜的产量及产品质量。
结语
茂金属聚乙烯材料由于其优异的性能已经被普遍应用到食品包装和工业包装领域。各大茂金属的供应商也在积极升级技术，开发新一代茂金属材料，力求做到性能、挺度、加工、热封等各方面的平衡。不同的茂金属催化剂得到的茂金属性能也不相同，用户可根据自己产品的需求选择合适的茂金属材料。
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