霉菌對Ge、ZnS和ZnSe膜層的影響

楊玉萍，字正華，鐘 輝，江學軍，李大慶，劉 劍，趙遠榮

?

霉菌對Ge、ZnS和ZnSe膜層的影響

楊玉萍1，字正華2，鐘 輝3，江學軍4，李大慶5，劉 劍1，趙遠榮1

（1.國營第二九八廠，云南 昆明 650114；2.昆明物理研究所，云南 昆明 650223；3.中國人民解放軍78336部隊，云南 昆明 650211；4.陸軍重慶軍事代表局駐昆明地區軍事代表室，云南 昆明 650223；5.中國人民解放軍63963部隊，北京 100072）

采取自然環境試驗和實驗室霉菌試驗相結合的方法，研究霉菌對Ge、ZnS和ZnSe鍍增透膜和碳膜的影響。通過顯微鏡和掃描電鏡對霉菌試驗結果進行觀察和檢測。試驗結果表明：未鍍膜的Ge、ZnS和ZnSe材料抗霉能力較強；增透膜和碳膜抗霉能力較弱，容易長霉，其主要長霉原因是增透膜和碳膜為霉菌生長提供了營養成分。

Ge；ZnS；ZnSe；增透膜；碳膜；霉菌

0 引言

軍事應用是推動紅外技術發展的主要動力，在歷次戰爭中，紅外技術曾顯示出巨大威力，它已成為現代軍事裝備的重要組成部分[1]。紅外技術的應用與發展，促進了紅外材料技術的發展與進步。

Ge、ZnS和ZnSe等是應用最廣泛的紅外窗口材料，尤其在8～12mm波段內具有高的透過率，是紅外窗口的首選材料。但Ge、ZnS和ZnSe機械強度低[2-3]，容易出現劃痕，因此需要在Ge、ZnS和ZnSe表面鍍上一層保護膜，類金剛膜是目前應用最廣泛的紅外窗口外層保護膜[4]。為了提高Ge、ZnS和ZnSe材料透射比，降低表面反射，經常需要在該類材料表面鍍增透膜以保證成像質量。

生霉、生霧和生銹是光學儀器的三害，這“三害”直接影響到光學儀器的質量和使用壽命，影響作業任務的完成[5]。國內外針對光學玻璃做過大量的霉菌研究，針對Ge、ZnS和ZnSe材料及其鍍膜件霉菌影響研究較少，本文將采取熱帶雨林氣候自然環境試驗和實驗室霉菌試驗相結合的方法，研究霉菌對Ge、ZnS和ZnSe材料及其鍍膜材料的影響。

1 試驗樣品及試驗條件

1.1 試驗樣品

試驗樣品如表1所示，樣品單面鍍碳膜或增透膜，另一面不鍍膜保留基底材料。

膜層材料見表2。

1.2 試驗條件

1.2.1 自然環境試驗

自然環境試驗選擇在霉菌生長旺盛的西雙版納熱帶雨林環境下開展，分為外場暴露（圖1）和棚下暴露（圖2）試驗，試驗時間為2年，每種樣品各10件，試驗過程中對試驗樣品進行實時觀察，一旦發現長霉，立即對所長霉菌進行采集和鑒定。

1.2.2 實驗室加速試驗

按霉菌試驗國家標準開展實驗室霉菌試驗，試驗菌種為標準中的10株菌（表3），將經過培養的菌種制成孢子懸浮液，接種到樣品上，懸掛于比重為1.05的甘油水（保持濕度在95%RH）密封環境中，放置于霉菌培養箱（溫度為28℃左右）中進行試驗，試驗周期為28天，每種樣品各4件，試驗結束后取出樣品進行結果檢測和拍照記錄。

表1 試驗樣品列表

表2 膜層材料

圖2 棚下暴露試驗

表3 試驗菌種及對材料的影響

2 試驗結果及分析

2.1 自然環境試驗結果

經過兩年的熱帶雨林氣候自然環境試驗，外場暴露試驗樣品均未發現長霉；棚下暴露試驗個別樣品出現了長霉現象，即ZnS和ZnSe鍍碳膜樣品分別有2片和3片試樣表面出現了菌絲，經鑒定長出的霉菌菌種均為黑曲霉。

2.2 實驗室加速試驗結果

經過28天的實驗室霉菌試驗后，Ge、ZnS和ZnSe鍍增透膜和碳膜材料霉菌試驗檢測結果見表4和表5，長霉樣品霉菌生長等級均為1級，即霉菌在試驗樣品表面局部生長，4件平行樣品均長霉；樣品未鍍膜面未發現霉菌生長。

2.3 試驗結果分析

2.3.1 自然環境試驗結果分析

由熱帶雨林氣候自然環境試驗結果可以看出，兩年的時間，Ge、ZnS和ZnSe材料和鍍增透膜樣品在熱帶雨林氣候環境中均不易長霉。西雙版納熱帶雨林氣候環境中存在的優勢菌種主要有十字斯氏格孢、黃綠木霉、黑曲霉、Dissoconium dekkeri[6]，與實驗室霉菌試驗10株菌相比較，僅有黑曲霉是實驗室霉菌試驗中的菌種，說明熱帶雨林環境中的優勢菌種僅有黑曲霉對試驗樣品有影響，其余菌種對試驗樣品影響較小，不容易在試驗樣品上生長。

表4 增透膜霉菌試驗結果

備注：打“√”說明該種膜層長了該種霉菌。

表5 碳膜霉菌試驗結果

備注：打“√”說明該種膜層長了該種霉菌。

2.3.2 實驗室加速試驗結果分析

由實驗室加速試驗結果可以看出，菌種和基底材料不同，膜層長霉情況也存在較大差異，Ge、ZnSe、ZnS基底材料全部試驗樣品均未長霉；ZnSe、ZnS碳膜長了6種同樣的菌；ZnSe、ZnS增透膜長了5種同樣的菌；Ge增透膜長了3種菌，Ge碳膜長了4種菌，說明Ge、ZnS和ZnSe材料抗霉能力較強，不容易長霉；但其表面鍍增透膜、碳膜樣品容易長霉，說明膜層材料抗霉能力較弱，易長霉；ZnSe、ZnS增透膜和碳膜比Ge增透膜和碳膜更易長霉。

2.3.3 長霉樣品掃描電鏡分析

選擇部分樣品進行了掃描電鏡分析，掃描電鏡圖見圖3～圖6，由掃描電鏡圖可以看出菌絲生長旺盛，菌絲密集。

長霉和未長霉部位化學成分對比見表6～表7，對化學成分進行對比分析，可以得出長霉部位由于存在菌絲，檢測出氧成分，除了氧以外，其余成分均沒明顯區別，說明28天的時間，霉菌未對膜層化學成分產生大的影響，未對膜層產生嚴重腐蝕，但已經影響了樣品的外觀質量。

2.3.4 膜層長霉機理分析

霉菌生長的必要條件有：霉菌孢子、溫度、濕度和營養物質等。實驗室加速試驗為霉菌生長提供了霉菌孢子、適宜的溫度和濕度。Ge、ZnS和ZnSe材料本身不能為霉菌生長提供營養物質，也不具有吸潮性，因此霉菌不容易在其上生長；Ge、ZnS和ZnSe鍍碳膜材料中含有的碳為霉菌生長提供了豐富的碳源，因此碳膜最易長霉；Ge、ZnS和ZnSe鍍增透膜中含有的YbF3和BaYF具有吸潮性，隨著試驗時間的延長，該成分會吸附空氣中的水分，為霉菌生長提供營養物質，為霉菌生長創造了有利條件，因此增透膜也易長霉。

圖3 Ge碳膜長霉

圖4 Ge碳膜

圖5 ZnS增透膜長霉

圖6 ZnS增透膜

表6 Ge碳膜化學成分對比

表7 ZnS增透膜化學成分對比

3 結論

結合熱帶雨林自然環境試驗結果和實驗室霉菌試驗結果分析，可以得到以下結論：

1）兩年時間，Ge、ZnS和ZnSe材料在熱帶雨林環境中不易長霉，環境適應性較好。

2）兩年時間，熱帶雨林環境優勢菌種中黑曲霉會在Ge、ZnS和ZnSe鍍碳膜材料上少量生長，其余菌種均未生長。

3）在滿足霉菌生長濕度、溫度條件下，實驗室霉菌試驗10株菌不易在Ge、ZnS和ZnSe材料上生長。

4）實驗室霉菌試驗10株菌，Ge增透膜上生長3種菌，分別是黑曲霉、宛氏擬青霉、黃曲霉；Ge碳膜上生長4種菌，分別是黑曲霉、宛氏擬青霉、綠色木霉、黃曲霉；ZnSe和ZnS增透膜上生長5種菌，分別是黑曲霉、宛氏擬青霉、黃曲霉、雜色曲霉、土曲霉；ZnSe和ZnS碳膜上生長6種菌，分別是黑曲霉、宛氏擬青霉、綠色木霉、黃曲霉、雜色曲霉、土曲霉。

5）針對實驗室霉菌試驗10株菌，增透膜和碳膜材料抗霉能力較弱，容易長霉，尤其是ZnSe、ZnS鍍碳膜最易長霉，其次是ZnSe、ZnS鍍增透膜，最后是Ge鍍碳膜和增透膜。

[1] 吳宗凡, 柳美琳, 張紹舉, 等. 紅外與微光技術[M]. 北京: 國防工業出版社, 1998.

WU Zongfan, LIU Meilin, ZHANG Shaoju, et al.[M]. Beijing: National Defence Industry Press, 1998.

[2] 張旭, 許寧, 張徽, 等. ZnS/金剛石薄膜復合窗口材料的研究現狀[J]. 硅酸鹽通報, 2010, 29(5): 1109-1113.

ZHANG Xu, XU Ning, ZHANG Hui, et al. Research progress on ZnS/diamond composite window materials[J]., 2010, 29(5): 1109-1113.

[3] Dunleavy M, Haq S, Maurice J, et al. Electro-Optical Windows, US: 7948674B2[P]. 2011.3

[4] 熊長新. 鍺紅外光學窗口海洋潮差區腐蝕特性研究[J]. 光學與光電技術, 2011, 9(4): 57-60.

XIONG Changxin. Corrosion properties of germanium IR windows in ocean tide area[J]., 2011, 9(4):57-60

[5] 劉宗林. 淺談光學儀器的防霉、防霧、防銹[J].價值工程, 2012, 31(7): 46.

LIU Zonglin. On mildew resistance,anti-fogging and rust resistance of optical instruments[J]., 2012, 31(7):46.

[6] 肖建軍, 趙遠榮, 劉劍, 等. 西雙版納自然環境試驗站環境真菌的鑒定[J]. 環境技術, 2014(5): 12.

XIAO Jianjun, ZHAO Yuanrong, LIU Jian, et al. Identification of environment fungi from Xishuangbanna natural environment test[J]., 2014(5): 12.

Impact of Fungus on Films on Ge, ZnS and ZnSe

YANG Yuping1，ZI Zhenghua2，ZHONG Hui3，JIANG Xuejun4，LI Daqing5，LIU Jian1，ZHAO Yuanrong1

(1.298,650114,; 2.,650223,;3.78336,650211,;4.,650223,;563963,100072,

The impact of fungus on antireflection films and carbon films on Ge, ZnS and ZnSe is analyzed by natural environment test and fungus test in the laboratory. The result of the test is observed and detected by microscope and scanning electron microscopy. The experimental results show that the anti-mycotic of Ge, ZnS and ZnSe is stronger, while the anti-mycotic of antireflection films and carbon films are weaker. The main reasons are that antireflection films and carbon films provides nutrients for fungus growth.

Ge，ZnS，ZnSe，antireflective coating，carbon film，fungus

TN213

A

1001-8891(2016)12-1078-04

2016-05-30；

2016-09-28.

楊玉萍（1982-），女，云南通海人，學士，主要從事環境試驗研究工作。

國防技術基礎科研項目（H092013A009）。