霉菌對(duì)Ge、ZnS和ZnSe膜層的影響

楊玉萍，字正華，鐘 輝，江學(xué)軍，李大慶，劉 劍，趙遠(yuǎn)榮

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霉菌對(duì)Ge、ZnS和ZnSe膜層的影響

楊玉萍1，字正華2，鐘 輝3，江學(xué)軍4，李大慶5，劉 劍1，趙遠(yuǎn)榮1

（1.國(guó)營(yíng)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(guó)人民解放軍78336部隊(duì)，云南 昆明 650211；4.陸軍重慶軍事代表局駐昆明地區(qū)軍事代表室，云南 昆明 650223；5.中國(guó)人民解放軍63963部隊(duì)，北京 100072）

采取自然環(huán)境試驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室霉菌試驗(yàn)相結(jié)合的方法，研究霉菌對(duì)Ge、ZnS和ZnSe鍍?cè)鐾改ず吞寄さ挠绊憽Ｍㄟ^(guò)顯微鏡和掃描電鏡對(duì)霉菌試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行觀察和檢測(cè)。試驗(yàn)結(jié)果表明：未鍍膜的Ge、ZnS和ZnSe材料抗霉能力較強(qiáng)；增透膜和碳膜抗霉能力較弱，容易長(zhǎng)霉，其主要長(zhǎng)霉原因是增透膜和碳膜為霉菌生長(zhǎng)提供了營(yíng)養(yǎng)成分。

Ge；ZnS；ZnSe；增透膜；碳膜；霉菌

0 引言

軍事應(yīng)用是推動(dòng)紅外技術(shù)發(fā)展的主要?jiǎng)恿Γ跉v次戰(zhàn)爭(zhēng)中，紅外技術(shù)曾顯示出巨大威力，它已成為現(xiàn)代軍事裝備的重要組成部分[1]。紅外技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，促進(jìn)了紅外材料技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步。

Ge、ZnS和ZnSe等是應(yīng)用最廣泛的紅外窗口材料，尤其在8～12mm波段內(nèi)具有高的透過(guò)率，是紅外窗口的首選材料。但Ge、ZnS和ZnSe機(jī)械強(qiáng)度低[2-3]，容易出現(xiàn)劃痕，因此需要在Ge、ZnS和ZnSe表面鍍上一層保護(hù)膜，類金剛膜是目前應(yīng)用最廣泛的紅外窗口外層保護(hù)膜[4]。為了提高Ge、ZnS和ZnSe材料透射比，降低表面反射，經(jīng)常需要在該類材料表面鍍?cè)鐾改ひ员ＷC成像質(zhì)量。

生霉、生霧和生銹是光學(xué)儀器的三害，這“三害”直接影響到光學(xué)儀器的質(zhì)量和使用壽命，影響作業(yè)任務(wù)的完成[5]。國(guó)內(nèi)外針對(duì)光學(xué)玻璃做過(guò)大量的霉菌研究，針對(duì)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(huán)境試驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室霉菌試驗(yàn)相結(jié)合的方法，研究霉菌對(duì)Ge、ZnS和ZnSe材料及其鍍膜材料的影響。

1 試驗(yàn)樣品及試驗(yàn)條件

1.1 試驗(yàn)樣品

試驗(yàn)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(jiàn)表2。

1.2 試驗(yàn)條件

1.2.1 自然環(huán)境試驗(yàn)

自然環(huán)境試驗(yàn)選擇在霉菌生長(zhǎng)旺盛的西雙版納熱帶雨林環(huán)境下開(kāi)展，分為外場(chǎng)暴露（圖1）和棚下暴露（圖2）試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)間為2年，每種樣品各10件，試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)試驗(yàn)樣品進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察，一旦發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)霉，立即對(duì)所長(zhǎng)霉菌進(jìn)行采集和鑒定。

1.2.2 實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)

按霉菌試驗(yàn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)室霉菌試驗(yàn)，試驗(yàn)菌種為標(biāo)準(zhǔn)中的10株菌（表3），將經(jīng)過(guò)培養(yǎng)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(huán)境中，放置于霉菌培養(yǎng)箱（溫度為28℃左右）中進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)周期為28天，每種樣品各4件，試驗(yàn)結(jié)束后取出樣品進(jìn)行結(jié)果檢測(cè)和拍照記錄。

表1 試驗(yàn)樣品列表

表2 膜層材料

圖2 棚下暴露試驗(yàn)

表3 試驗(yàn)菌種及對(duì)材料的影響

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 自然環(huán)境試驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)過(guò)兩年的熱帶雨林氣候自然環(huán)境試驗(yàn)，外場(chǎng)暴露試驗(yàn)樣品均未發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)霉；棚下暴露試驗(yàn)個(gè)別樣品出現(xiàn)了長(zhǎng)霉現(xiàn)象，即ZnS和ZnSe鍍碳膜樣品分別有2片和3片試樣表面出現(xiàn)了菌絲，經(jīng)鑒定長(zhǎng)出的霉菌菌種均為黑曲霉。

2.2 實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)過(guò)28天的實(shí)驗(yàn)室霉菌試驗(yàn)后，Ge、ZnS和ZnSe鍍?cè)鐾改ず吞寄げ牧厦咕囼?yàn)檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4和表5，長(zhǎng)霉樣品霉菌生長(zhǎng)等級(jí)均為1級(jí)，即霉菌在試驗(yàn)樣品表面局部生長(zhǎng)，4件平行樣品均長(zhǎng)霉；樣品未鍍膜面未發(fā)現(xiàn)霉菌生長(zhǎng)。

2.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.3.1 自然環(huán)境試驗(yàn)結(jié)果分析

由熱帶雨林氣候自然環(huán)境試驗(yàn)結(jié)果可以看出，兩年的時(shí)間，Ge、ZnS和ZnSe材料和鍍?cè)鐾改悠吩跓釒в炅謿夂颦h(huán)境中均不易長(zhǎng)霉。西雙版納熱帶雨林氣候環(huán)境中存在的優(yōu)勢(shì)菌種主要有十字斯氏格孢、黃綠木霉、黑曲霉、Dissoconium dekkeri[6]，與實(shí)驗(yàn)室霉菌試驗(yàn)10株菌相比較，僅有黑曲霉是實(shí)驗(yàn)室霉菌試驗(yàn)中的菌種，說(shuō)明熱帶雨林環(huán)境中的優(yōu)勢(shì)菌種僅有黑曲霉對(duì)試驗(yàn)樣品有影響，其余菌種對(duì)試驗(yàn)樣品影響較小，不容易在試驗(yàn)樣品上生長(zhǎng)。

表4 增透膜霉菌試驗(yàn)結(jié)果

備注：打“√”說(shuō)明該種膜層長(zhǎng)了該種霉菌。

表5 碳膜霉菌試驗(yàn)結(jié)果

備注：打“√”說(shuō)明該種膜層長(zhǎng)了該種霉菌。

2.3.2 實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)結(jié)果分析

由實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)結(jié)果可以看出，菌種和基底材料不同，膜層長(zhǎng)霉情況也存在較大差異，Ge、ZnSe、ZnS基底材料全部試驗(yàn)樣品均未長(zhǎng)霉；ZnSe、ZnS碳膜長(zhǎng)了6種同樣的菌；ZnSe、ZnS增透膜長(zhǎng)了5種同樣的菌；Ge增透膜長(zhǎng)了3種菌，Ge碳膜長(zhǎng)了4種菌，說(shuō)明Ge、ZnS和ZnSe材料抗霉能力較強(qiáng)，不容易長(zhǎng)霉；但其表面鍍?cè)鐾改ぁ⑻寄悠啡菀组L(zhǎng)霉，說(shuō)明膜層材料抗霉能力較弱，易長(zhǎng)霉；ZnSe、ZnS增透膜和碳膜比Ge增透膜和碳膜更易長(zhǎng)霉。

2.3.3 長(zhǎng)霉樣品掃描電鏡分析

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

長(zhǎng)霉和未長(zhǎng)霉部位化學(xué)成分對(duì)比見(jiàn)表6～表7，對(duì)化學(xué)成分進(jìn)行對(duì)比分析，可以得出長(zhǎng)霉部位由于存在菌絲，檢測(cè)出氧成分，除了氧以外，其余成分均沒(méi)明顯區(qū)別，說(shuō)明28天的時(shí)間，霉菌未對(duì)膜層化學(xué)成分產(chǎn)生大的影響，未對(duì)膜層產(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕，但已經(jīng)影響了樣品的外觀質(zhì)量。

2.3.4 膜層長(zhǎng)霉機(jī)理分析

霉菌生長(zhǎng)的必要條件有：霉菌孢子、溫度、濕度和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等。實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)為霉菌生長(zhǎng)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(zhǎng)提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，也不具有吸潮性，因此霉菌不容易在其上生長(zhǎng)；Ge、ZnS和ZnSe鍍碳膜材料中含有的碳為霉菌生長(zhǎng)提供了豐富的碳源，因此碳膜最易長(zhǎng)霉；Ge、ZnS和ZnSe鍍?cè)鐾改ぶ泻械腨bF3和BaYF具有吸潮性，隨著試驗(yàn)時(shí)間的延長(zhǎng)，該成分會(huì)吸附空氣中的水分，為霉菌生長(zhǎng)提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，為霉菌生長(zhǎng)創(chuàng)造了有利條件，因此增透膜也易長(zhǎng)霉。

圖3 Ge碳膜長(zhǎng)霉

圖4 Ge碳膜

圖5 ZnS增透膜長(zhǎng)霉

圖6 ZnS增透膜

表6 Ge碳膜化學(xué)成分對(duì)比

表7 ZnS增透膜化學(xué)成分對(duì)比

3 結(jié)論

結(jié)合熱帶雨林自然環(huán)境試驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)室霉菌試驗(yàn)結(jié)果分析，可以得到以下結(jié)論：

1）兩年時(shí)間，Ge、ZnS和ZnSe材料在熱帶雨林環(huán)境中不易長(zhǎng)霉，環(huán)境適應(yīng)性較好。

2）兩年時(shí)間，熱帶雨林環(huán)境優(yōu)勢(shì)菌種中黑曲霉會(huì)在Ge、ZnS和ZnSe鍍碳膜材料上少量生長(zhǎng)，其余菌種均未生長(zhǎng)。

3）在滿足霉菌生長(zhǎng)濕度、溫度條件下，實(shí)驗(yàn)室霉菌試驗(yàn)10株菌不易在Ge、ZnS和ZnSe材料上生長(zhǎng)。

4）實(shí)驗(yàn)室霉菌試驗(yàn)10株菌，Ge增透膜上生長(zhǎng)3種菌，分別是黑曲霉、宛氏擬青霉、黃曲霉；Ge碳膜上生長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(duì)實(shí)驗(yàn)室霉菌試驗(yàn)10株菌，增透膜和碳膜材料抗霉能力較弱，容易長(zhǎng)霉，尤其是ZnSe、ZnS鍍碳膜最易長(zhǎng)霉，其次是ZnSe、ZnS鍍?cè)鐾改ぃ詈笫荊e鍍碳膜和增透膜。

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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(xué)士，主要從事環(huán)境試驗(yàn)研究工作。

國(guó)防技術(shù)基礎(chǔ)科研項(xiàng)目（H092013A009）。