本發明涉及光學元件，更具體地說，本發明涉及一種光學元件材料及其制備方法。

背景技術：

1、在全息光學元件、空間望遠鏡、核工業光學窗口的相關環境應用中，部分極端輻照環境下，大口徑光學材料需保持高透過率、低散射，并確保全息成像的角度穩定性；

2、然而現有環氧-胺、酚醛或脲醛樹脂在高能粒子與輻射作用下易發生二次自由基交聯或鏈斷裂，導致微觀相分離、氣泡缺陷或力學衰退，這樣會影響光波導傳輸與全息成像的精度；

3、尤其在大尺度全息組件中，如米級光學窗口，這些微缺陷被放大，造成成像角度漂移、散射增強及分辨率下降；當前市場與技術體系中，缺乏專門優化的大口徑抗輻照樹脂材料，難以同時滿足全息成像的光學均勻性、透過率及長期穩定性需求。

技術實現思路

1、為了克服現有技術的上述缺陷，本發明的實施例提供一種光學元件材料及其制備方法，通過引入多亞甲基多硫醇-多異氰酸酯網絡，結合稀土金屬配合物，本材料可有效減少高能輻照環境下的二次自由基交聯和鏈斷裂，避免微觀相分離與氣泡缺陷的產生，以解決上述背景技術中提出的問題。

2、為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種光學元件材料，包括以下組分構成：

3、多亞甲基多硫醇：40～60份，多亞甲基多硫醇包括三官能團或四官能團的巰基；

4、多異氰酸酯：35～50份，多異氰酸酯包括脂環族多異氰酸酯或氫化芳香族多異氰酸酯；

5、稀土金屬配合物：0.1～1.0份，稀土金屬配合物中的稀土金屬包括釓gd、鋱tb、鏑dy，或其混合物；稀土金屬配合物中的配合物包括含芳香雜環或多齒胺羧酸配合物；

6、動態共價鍵前體或交聯助劑：5～15份，動態共價鍵前體或交聯助劑用于在所述多亞甲基多硫醇與多異氰酸酯形成的網絡中引入可重排或自修復鍵；

7、催化劑及助劑：0.05～0.5份，催化劑及助劑包括用于促進巰基-異氰酸酯加成反應的堿性催化劑、消泡劑、流平劑。

8、在一個優選的實施方式中，所述多亞甲基多硫醇所包括三官能團巰基化合物為三羥甲基丙烷三（3-巰基丙酸酯）；

9、所述多亞甲基多硫醇所包括四官能團巰基化合物為季戊四醇四（3-巰基丙酸酯）。

10、在一個優選的實施方式中，所述多異氰酸酯所包括的脂環族多異氰酸酯為異佛爾酮二異氰酸酯（ipdi）或四甲基己二異氰酸酯（tmdi）；

11、所述多異氰酸酯所包括的氫化芳香族多異氰酸酯為雙氫化二苯基甲烷二異氰酸酯（h12mdi）或氫化甲苯二異氰酸酯（h-tdi）。

12、在一個優選的實施方式中，所述稀土金屬配合物所包括的配合物為含芳香雜環結構的配合物或含多齒胺羧酸結構的配合物；

13、含芳香雜環結構的配合物選自酞菁釓（gdpc）、苯并咪唑鋱（tb-bi）或吡啶羧酸鏑（dy-pca）；

14、含多齒胺羧酸結構的配合物選自二乙烯三胺五乙酸釓（gd-dtpa）、乙二胺四乙酸鋱（tb-edta）或羥基乙叉二膦酸鏑（dy-hedp）；

15、另外，所述用于促進巰基-異氰酸酯加成反應的堿性催化劑選自1,8-二氮雜雙環[5.4.0]十一碳-7-烯（dbu）、三乙胺（tea）、1,4-二氮雜二環[2.2.2]辛烷（dabco）或叔胺鹽催化劑；

16、所述消泡劑選自聚硅氧烷消泡劑、有機硅-丙烯酸酯共聚物、氟化消泡劑或聚醚改性消泡劑；

17、所述流平劑選自有機硅流平劑、丙烯酸流平劑、氟化流平劑或聚醚改性流平劑。

18、在一個優選的實施方式中，所述動態共價鍵前體或交聯助劑包含硫脲鍵形成組分、巰基-醛縮合組分或其衍生物，用于在輻照環境中形成主鏈的自修復或重排。

19、在一個優選的實施方式中，所述稀土金屬配合物以0.2～0.5份的添加量與多亞甲基多硫醇充分混合，經超聲分散形成均勻溶液后再與多異氰酸酯進行加成反應，用于在材料整體中均勻分布稀土離子捕獲中心。

20、一種光學元件材料的制備方法，包括以下步驟：

21、s1前體混合：將多亞甲基多硫醇與稀土金屬配合物混合，于40～60℃條件下攪拌或超聲分散，并在真空條件下脫氣；

22、s2分步加料：在攪拌狀態下向s1所得混合物中滴加多異氰酸酯，再加入動態共價鍵前體或交聯助劑；

23、s3預固化：將s2所得混合料在40～60℃條件下預固化2～4小時，使含巰基官能團與含異氰酸酯官能團之間的加成反應主要發生，從而形成初步交聯網絡；

24、s4后固化：將預固化物在80～100℃下繼續固化4～8小時，并在此過程中維持加熱升溫的梯度控制，得到交聯網絡完整的光學元件材料；

25、s5應力釋放處理：將經后固化的材料在70～90℃環境中退火10～24小時，其用于降低內應力并提高光學均勻性。

26、在一個優選的實施方式中，所述s4后固化的過程至少包括兩個升溫階段：

27、第一升溫階段：由60℃升至80℃，溫度梯度為2～5℃/h；

28、第二升溫階段：在80～100℃之間保持4～8小時；

29、以使材料內外溫度場趨于平衡，減少微裂紋及氣泡的產生。

30、在一個優選的實施方式中，在所述s3預固化和所述s4后固化之間，滴加催化劑及助劑，以調控體系的黏度與固化速率；

31、最終所得光學元件材料可在可見光波段（400～700nm）透過率≥90%，且在1mgy級別的γ射線或電子束輻照后，其折射率及透過率衰減均不超過10%。

32、本發明的技術效果和優點：

33、通過引入多亞甲基多硫醇-多異氰酸酯網絡，結合稀土金屬配合物，本材料可有效減少高能輻照環境下的二次自由基交聯和鏈斷裂，避免微觀相分離與氣泡缺陷的產生，從而相對提高材料的光學均勻性；相比于傳統環氧-胺或酚醛樹脂，該材料在1mgy級γ射線或電子束輻照后，其折射率和透過率衰減均不超過10%，確保光學系統長期穩定運行；

34、由于傳統樹脂在大口徑光學窗口或空間望遠鏡應用中易出現應力集中、裂紋擴展等問題，本發明通過動態共價鍵的引入，使材料在外力作用或輻照損傷后能部分自修復或重排結構，相對提升整體的力學穩定性；尤其在米級全息光學組件應用中，該特性可降低成像角度漂移、散射增強及分辨率下降的問題；

35、本發明采用低吸收、高透明度的脂環族或氫化芳香族多異氰酸酯，如ipdi、h12mdi，避免了傳統芳香族異氰酸酯導致的光學散射和黃變問題，同時結合巰基-異氰酸酯加成反應的高效固化特性；

36、本材料制備過程中采用預固化、后固化（80～100℃，4～8h）及應力釋放處理（70～90℃退火10～24h）的分級固化策略，能夠有效釋放大尺寸光學組件內的固化應力梯度，減少熱膨脹不均導致的翹曲、微裂紋及光學畸變，提升長期使用的可靠性；

37、通過在材料中引入含芳香雜環或多齒胺羧酸結構的稀土金屬配合物，從而利于捕獲高能電子、降低自由基濃度，從而抑制材料在輻照環境中的分子鏈降解和顏色變化；相較于傳統樹脂，本發明可提供更穩定的折射率和機械性能，適用于空間光學及核工業窗口應用。