[發明專利]寬光譜廣角抗反射高分子納米仿生膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201110094310.0
• 申請日: 2011-04-15
• 公開（公告）號: CN102250377A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發明（設計）人: 高雪峰;金鑫;李娟;朱杰;陳周群;周傳強
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: C08J9/26
• 分類號: C08J9/26;C08J5/18;B29D7/01;B82Y30/00;B82Y40/00
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技術領域

本發明特別涉及表面具有不同三維納米漸變體陣列結構的寬光譜廣角抗反射高分子納米仿生膜及其制備方法，屬于高分子材料納米結構膜領域。

背景技術

光學高分子材料由于表面普遍存在光學反射，在實際應用中不僅會造成反光炫目，降低視野或圖像顯示的清晰度或圖像顯示的清晰度，而且會導致能量損耗、光能利用效率的降低，因此抗反射膜的設計已成為光學和光電器件設計的關鍵因素。傳統的高分子抗反射膜大多采用多層結構或者多孔結構，多層結構抗反射膜折射率不能連續變化，并且層間存在黏附性和熱失配等問題，不適合工作條件比較復雜的環境；而多孔膜的制備技術，如breath-figure法、相分離法、溶膠-凝膠法、共混法，很難有效調控折射率的變化趨勢，并且往往需要借助有機溶劑，環境污染比較嚴重。此外，以上兩種結構抗反射膜的制造工藝繁瑣，不適用于高性能高分子基材抗反射膜的大面積制造，很難真正實現產業化。

納米仿生研究發現，某些昆蟲的復眼或翅膀表面具有的三維納米突起陣列結構是一種非常高效的抗反射結構，由于其折射率從空氣到本體材料連續逐漸變化，能夠對入射光進行調制，實現寬光譜廣角抗反射。通過模擬這種生物體表層納米結構，有望設計出具有寬光譜廣角減反性能的納米突起陣列增透膜。目前，在無機半導體材料，如單晶硅、氮化鎵等表面通過反應離子束刻蝕或電子束刻印等方法構筑了仿復眼的針/錐狀納米突起陣列結構。例如，Kanamori等人在硅基底上制備的抗反射薄膜對300-1000nm波長范圍內的光都具有良好的抗反射效果(反射率＜1％)(“Antireflective?subwavelength?structures?on?crystalline?Si?fabricated?using?directly?formed?anodic?porous?alumina?masks”，《Applied?Physics?Letters》，88(20)，2006，201116-1-201116-3)。然而這種針對半導體材料的刻蝕方法不適用于高分子等軟材料。盡管利用前述半導體材料模板可以在高分子表面加工微納結構進行減反原理和性能的研究，但是鑒于模板成本和面積的限制，很難用于低成本大面積高分子納米材料的制造，因此不具備實際應用的價值。

發明內容

本發明的目的在于提出一種寬光譜廣角抗反射高分子納米仿生膜，其主要由形成于不同材質高分子表面的三維納米漸變體陣列結構組成，具有面積大、制備成本低廉等優點，可滿足實際應用的需求，從而克服了現有技術中的不足。

本發明的另一目的在于提出制備前述寬光譜廣角抗反射高分子納米仿生膜的工藝，其采用具有不同周期、不同輪廓的高度有序的三維納米漸變體陣列結構的氧化鋁、金屬鎳等作為模板，可以加工大面積的高分子材料從而形成前述納米仿生膜，具有工業化生產潛力。

為實現上述發明目的，本發明采用了如下技術方案：

一種寬光譜廣角抗反射高分子納米仿生膜，其特征在于：該納米仿生膜的構筑單元為三維漸變納米突起陣列結構和/或三維漸變納米孔道陣列結構，所述三維漸變納米突起陣列結構和三維漸變納米孔道陣列結構是分別由復數個尺寸均勻，中軸線與基面垂直，輪廓連續或非連續變化，尺寸從上至下逐漸變大或逐漸變小，并且呈有序的二維排列組合的納米突起和納米孔道組成；

該納米仿生膜的折射率從基底折射率到空氣折射率漸變。

進一步的講，該納米仿生膜是由透明高分子材料組成，其厚度為50nm～12μm。

如上所述寬光譜廣角抗反射高分子納米仿生膜的制備方法，其特征在于，該方法為：在具有三維漸變納米孔道陣列結構和/或三維納米漸變突起陣列結構的模板的孔內和/或縫隙內填充高分子材料、高分子材料單體、高分子前驅體和高分子溶液中的任意一種，令高分子材料完全復形或固化后將形成的高分子膜與模板分離，獲得具有三維納米漸變突起陣列結構和/或三維納米漸變孔道陣列結構的所述高分子納米仿生膜。

作為一種優選的實施方式，該方法是結合了納米壓印的溶液澆鑄法：

首先將所述高分子溶解在適當溶劑中，形成重量分數為1～50％的高分子溶液，根據溶液的粘度和揮發特性，選擇通過澆鑄，旋涂(轉速為100～10000rpm)，浸漬提拉(提拉速度為0.01～10mm/min)或連續涂布等方法涂布在所述模板上；然后按照高分子材料以及溶劑的性質，在不同真空度(如，0.1～101325Pa)，不同溫度(如，0～300℃)干燥所述溶劑；最后將模板與形成的高分子膜層剝離，從而獲得目標產物。

作為另一種優選實施方式，該方法是結合了納米壓印的熱壓法：