ottica

Il principio iniziale è lo stesso ma si differenziano per l’esecuzione e per lo spessore desiderato

Nel dip-coating le lenti vengono inserite in strutture di supporto che consentono di immergere ed estrarre le lenti dalla soluzione; va bene per il trattamento indurente (di spessore 2-3 µm).

L’estrazione avviene lentamente (15-30 secondi), una parte del liquido rimane adesa alle facce della lente e una parte cade di nuovo nella soluzione con il drenaggio; in seguito c’è l’evaporazione per via termica o per radiazioni UV.

Si possono trattare più lenti contemporaneamente ed entrambe le facce ma non si ottiene un trattamento omogeneo a causa della gravità. Non è possibile fare trattamenti multistrato perchè c’è il rischio di perdere tutti gli strati depositati.

Lo spin-coating prevede che il trattamento superficiale si realizzi grazie alla rotazione del substrato. La lente viene posta in un macchinario, viene depositato il sol; la velocità di rotazione aumenta favorendo la distribuzione del sol per forza centrifuga. Viene fatto girare il substrato a velocità costante. È possibile deporre più strati ma tra uno strato e l’altro bisogna eseguire un trattamento termico. Si possono fare trattamenti multistrato ma si tratta una lente per volta e una faccia per volta.

Lo spray-coating è una tecnica che prevede che il sol venga direttamente spruzzato sulle lenti da trattare e quest’ultime possono essere anche irregolari. Si spruzza il sol sul substrato, poi si riscalda il campione e si ottiene il gel solidificato. Si ottiene un film di spessore omogeneo.

PVD

Un’altra tecnica di deposizione è la Physical Vapor Deposition (PVD) nella quale entrano in gioco fenomeni fisici per:

• Evaporazione, realizzata per via termica ma poiché ha contaminazioni si utilizza un fascio di elettroni;

• Sputtering,

Il materiale da depositare viene posto in un crogiolo realizzato in materiale refrattario che viene riscaldato.

Per evitare contaminazioni si crea il vuoto nella camera di deposizione.

I vapori della sostanza da depositare vanno verso l’alto dove si trova il substrato, si fissano su questo e condensano.

Nella tecnica ad e-beam non si toccano le pareti del crogiolo grazie all’energia ceduta dal fascio di elettroni che viene indirizzato sulla superficie del materiale da depositare. Con questo processo localizzato non si hanno contaminazioni come nel caso termico. Questa tecnica di deposizione è molto usata per l'antiriflesso multistrato.

Un'altra tecnica di PVD è lo sputtering che è una tecnica di urto di ioni di gas presente nella camera di deposizione. Poiché il materiale da depositare e le lenti oftalmiche sono dielettrici si applica una tensione alternata sfruttando la differente velocità di ioni e elettroni. In particolare si utilizzano le radiofrequenze. Una volta che gli ioni colpiscono il target posto in alto devono cadere per gravità gli atomi neutri del target che creano il rivestimento sul substrato. Così si ottiene un film uniforme e controllabile a livello nanometrico ma è una tecnica molto cara.

Il controllo della temperatura del substrato è fondamentale per assicurare l’uniformità del film e per questo motivo il substrato è raffreddato grazie a un liquido criogenico posto sotto il substrato.

Con PECVD è possibile depositare film con materiali differenti che però hanno continuità nell’indice di rifrazione. Con la PVD non è possibile depositare materiali per alcuni indici di rifrazione. La PECVD non è molto usata perché ancora più cara rispetto a PVD.

Da notare lo spessore molto limitato di idrofobico e oleofobico e di antiriflesso che è formato da molti strati sottili quindi servono trattamenti performanti come PVD o PECVD. Per l’indurente va bene anche il solgel.

Idrofobico e oleofobico è molto sottile quindi andrà via in breve tempo andando a danneggiarsi successivamente l’antiriflesso.

In particolare ho approfondito con testi scientifici il mio elaborato.

INDURENTE

Nello studio di J. Caro del 2011 vengono messi a confronto tre tipologie di test per il rivestimento indurente rispetto allo user test ovvero il test dell’utente, prova che si basa sull’utilizzo della lente in condizioni di vita reale.

Per verificare il rivestimento indurente si può procedere con il test di microscratch nel quale si utilizza una punta di diamante alla quale si applica un carico variabile crescente lineare; la lente da testare viene posta al di sotto della punta e fatta muovere in una direzione per diverse volte.

Nella figura a lato si vede la forma dell’indentatore utilizzato ed è possibile osservare che la punta solleva una parte di substrato.

Altri test utilizzati per lo strato indurente sono il Bayer test e lo steel wool test; nel primo si utilizza una sabbia di granulometria e composizione chimica nota posta all’interno di un contenitore, assieme al substrato da testare e una lente classica in CR39, che viene scosso con una certa frequenza; nel secondo si utilizza un campione di lana d’acciaio che agisce con una pressione normale rispetto al substrato in modo analogo al test di microscratch.

In seguito a questi test si effettua la misurazione dell’haze ovvero della percentuale di luce diffusa dai graffi sulla lente e la si confronta con un campione in CR39 che ha effettuato il medesimo test. La % di luce diffusa vale:

L’energia superficiale di adesione del grasso deve essere bassa, con valori minori di 15 mJ/m2, in questo modo occorre minore sollecitazione meccanica per pulire le lenti dal grasso.

Il coefficiente di attrito dinamico deve essere basso, si tratta di un valore che indica la rapidità con la quale sparisce una patina d’acqua e se è basso allora l’acqua scorre rapidamente.

La superficie non deve essere rugosa al fine di evitare l’appiglio di particolati tra cui l’acqua.

L’ultima richiesta è che la superficie sia antistatica per ridurre l’adesione del particolato polarizzato (tra cui l’acqua) e per ottenere questa proprietà, la superficie viene trattata con la repulsione coulombiana.

Per realizzare uno strato idrofobico oleofobico si utilizzano gruppi aromatici o alchili con fluoro che è estremamente reattivo, l’atomo di aggancio al substrato è di carbonio. La rappresentazione delle catene di fluoro è simile a delle spazzole, come illustrato in figura; le caratteristiche polari del fluoro consentono di ottenere le cinque proprietà viste per lo strato oleofobico idrofobico. [Greco M., 2018]

Nel tempo questo tipo di trattamento è migliorato dal punto di vista di angolo di contatto e durata. Nel grafico in figura 25 vediamo che per la 1° generazione dopo 2 mesi di utilizzo dell’occhiale si raggiunge la soglia di idrofilia quindi il trattamento perde efficacia fino a scomparire del tutto dopo 6 mesi circa. Per la 2° generazione dopo 6 mesi si per l’efficacia e scompare dopo 12 mesi. Con la 3° generazione dopo i 18 mesi di arriva alla perdita di efficacia.

Gli angoli di contatto odierni (4° generazione) vanno da 110 a 117 (trattamenti NO FOG) e hanno una garanzia da 24 a 36 mesi in base ai diversi tipi di trattamento antiriflesso su cui sono da depositare (fonte listino DAI OPTICAL INDUSTRIES).

TEST QUV (LENTE CON TRATTAMENTI)

In uno studio del 2012 condotto da Tadakoro e altri è emerso che le lenti in vetro con i coating polimerici hanno comportamenti differenti rispetto alle lenti polimeriche con i medesimi trattamenti superficiali per quanto riguarda la resistenza agli agenti atmosferici.

Il test da loro utilizzato è noto come test del ciclo di radiazione UV e condensa ad alta umidità ed è un test di alterazione accelerato svolto con un macchinario QUV (Q-Laboratory UltraViolet testing). Nel Test QUV, i campioni vengono ripetutamente esposti a cicli alternati di luce UV (step 1) e condensa a temperatura controllata (step 2). Tadakoro ha eseguito 3 cicli (condizioni) differenti variando la selezione della lampada UV fluorescente, la durata dei raggi UV e le fasi di condensazione e temperatura come riportati dalla tabella che segue.

I polimeri delle lenti oftalmiche con le radiazioni UV vanno incontro a una depolimerizzazione.

A causa dell'elevata umidità anche le lenti in plastica subiscono.

I campioni testati utilizzati sono substrati piatti (CR-39) per evitare l'influenza della curvatura superficiale delle lenti oftalmiche

Per la misurazione e l'analisi della superficie degradata hanno utilizzato un microscopio ottico. Il restringimento e la morfologia superficiale dei film sottili sono stati misurati da un microscopio laser e da microscopio a forza atomica (AFM). Osservazione dello spessore del film e della morfologia delle sezioni trasversali è stata condotta utilizzando una scansione microscopio elettronico.

Nel grafico che segue si vede la profondità delle crepe per le tre condizioni messe a confronto.

Nella condizione C le crepe sono più profonde di 1 µm tranne che nella condizione A, inoltre queste crepe arrivano fino allo strato indurente.

Nelle figure 26 e 27 di seguito le immagini qualitative di una lente testata dopo il ciclo con condizione C.

Inizialmente avviene il restringimento dell'indurente con successivo restringimento degli strati dell’antiriflesso. Successivamente si hanno incrinature all'interfaccia tra l'indurente e il substrato (lente) ma non ci sono ancora crepe nel rivestimento antiriflesso.

Se la deformazione dell'indurente è lieve, il cracking è limitato al restringimento o a piccole crepe sull'interfaccia della regione indurente/substrato. Tuttavia, se la deformazione da stress dell'indurente è grande, si hanno crepe più evidenti e la delaminazione del rivestimento AR come mostrato nella figura 28 con illustrata una fotografia al SEM.

Nel grafico 1 che segue, si può vedere che la diottria della lente in vetro con indurente e antiriflesso non si è modificata con il test QUV quindi la deformazione della lente in vetro non si è verificata.

Nel caso della lente in CR-39, per la A come mostrato nel grafico 2 che segue si ha una lieve deformazione: la curvatura della superficie anteriore tende a essere più piccola al centro della lente e più grande al bordo. Con la condizione C, illustrata nel grafico 3, si può vedere una deformazione maggiore.