[發明專利]一種黑色吸光薄膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201410432517.8
• 申請日: 2014-08-28
• 公開（公告）號: CN104195518A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發明（設計）人: 敖獻煜;王許月;薛亞莉
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/20;C23C14/08;C23C14/10
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 黃磊;張燕玲

技術領域

本發明屬于光學技術領域，具體涉及一種黑色吸光薄膜及其制備方法。

背景技術

黑色吸光表面實際工程應用廣泛，例如提高熱探測器的吸收，減少光學系統中雜散光的影響，調整表面輻射率，等等。但現有技術存在工藝操作復雜、針對特殊基底材料等缺點。常用電化學方法處理金屬基板得到黑色吸光表面，將金屬基板放入含有磷酸的溶液中進行陽極氧化，金屬基板的表面會生成一層多孔氧化物，然后將金屬基板放入金屬鹽溶液中，電解沉積反應在孔的底部沉積金屬顆粒，這種薄膜的光吸收率可以達到90％以上，但是該方法產生的廢液須經過處理后才能排放，否則會對環境造成嚴重污染。在鋁或銅表面無電沉積鎳-磷合金后利用化學腐蝕方法形成多孔結構，可將反射率降低至0.4％。此外，又發現碳納米管陣列的折射率與空氣相接近，能有效地降低界面處折射率的差值而降低反射。通過水輔助化學氣相沉積方法制備的由低密度豎直多壁碳納米管陣列構成的薄膜，反射率低于0.045％。但化學氣相沉積方法對真空設備的要求較高，還需要高溫處理。近年來，人們還提出用電子束曝光等納米制造技術制備貴金屬納米結構超材料來實現吸光表面。

上述黑色吸光薄膜制備技術存在生產成本高、工藝操作復雜、或是依賴特定的基底材料如特定的金屬或耐高溫材料等缺點，用簡單、可重復的方法制備不依賴特定基底材料的黑色吸光薄膜具有現實意義。

發明內容

為了克服現有技術的缺點和不足，本發明的目的在于提供一種黑色吸光薄膜的制備方法。

本發明的另一目的在于提供由上述制備方法制備得到的黑色吸光薄膜。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

一種黑色吸光薄膜的制備方法，包括以下具體步驟：

(1)采用金屬或聚合物復制含錐尖陣列的模板并剝離，得到錐尖陣列金屬基底或錐尖陣列聚合物基底；

(2)采用磁控濺射的方法，在錐尖陣列金屬基底或錐尖陣列聚合物基底上依次濺射鐵薄膜和保護層，得到黑色吸光薄膜，所述黑色吸光薄膜的厚度為0.1～2mm。

步驟(1)所述含錐尖陣列的模板中錐形孔的深度與錐形孔的開口寬度之比(深寬比)大于等于1.0，錐形孔為周期性或準周期性排列，錐形孔的開口寬度即為排列周期，排列周期為0.5微米～10微米。

步驟(1)中所述含錐尖陣列的模板為采用陽極氧化法制備的多孔硅模板或多孔氧化鋁模板；或者采用等離子刻蝕、聚焦離子束刻蝕、激光燒蝕、機械鉆孔或機械沖壓方法在半導體晶片、玻璃以及金屬等材料的基片上加工成具有周期結構的模板。

步驟(1)中所述錐尖陣列金屬基底的制備方法，具體包括以下步驟：

a、采用旋涂法在含錐尖陣列的模板表面涂覆一層隔離層；

b、采用濺射的方法，在涂有隔離層的模板上濺射一層金屬作為電鍍的工作電極；

c、采用恒流電鍍的方法在濺射有金屬層的模板表面沉積一層金屬；

d、去除或剝離隔離層后，金屬層脫離模板，得到錐尖陣列金屬基底。

步驟a中所述隔離層的厚度為50～100nm；

所述隔離層材料為光刻膠、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或防粘劑；當隔離層材料為聚甲基丙烯酸甲酯時，旋涂法中聚甲基丙烯酸甲酯溶液的質量濃度為1～10％。

所述防粘劑為長鏈氯硅烷類材料，優選為1H,1H,2H,2H-全氟辛基三氯硅烷或十八烷基三氯硅烷。

步驟a中所述旋涂法中旋涂轉速為3000～6000r/min，旋涂時間為30～60s。

步驟b中所述濺射金屬層的厚度為20～50nm；所述金屬層為鉑，金，銀或

鎳。

步驟c中所述沉積金屬層的厚度為0.1～1mm，沉積的金屬為鎳或銅。

步驟d中去除隔離層的方法為采用能溶解聚甲基丙烯酸甲酯的有機溶劑去除聚甲基丙烯酸甲酯即隔離層或者用丙酮溶解光刻膠去除光刻膠即隔離層。

步驟d中所述金屬層為步驟b中濺射金屬層和步驟c中沉積金屬層。

步驟(1)中所述錐尖陣列聚合物基底的制備方法，具體包括以下步驟：

①采用浸泡或旋涂法在含錐尖陣列的模板表面自組裝形成一層單分子膜即防粘層；

②將含有聚合物預聚體以及固化劑的混合物或者聚合物溶液，旋涂或直接澆注在模板上；

③聚合物固化后剝離，得到具有錐尖陣列的聚合物基底，聚合物基底的厚度為0.1～2mm。

步驟①中防粘層為六甲基二硅胺(HMDS)或長鏈氯硅烷類防粘劑，所述長鏈氯硅烷類防粘劑為1H,1H,2H,2H-全氟辛基三氯硅烷或十八烷基三氯硅烷。