[發明專利]基于蝴蝶鱗片陷光特性的仿生抗反射光學膜及制備方法和用途

有效

• 申請號: 201810243405.6
• 申請日: 2018-03-23
• 公開（公告）號: CN108469638B
• 公開（公告）日: 2020-01-14
• 發明（設計）人: 牛士超;李博;韓志武;馮曉明;穆正知;王澤;焦志彬;劉林鵬;張斌杰;褚文財
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G02B1/11
• 分類號: G02B1/11;G02B1/118
• 代理公司: 22103 長春市四環專利事務所(普通合伙)
• 代理人: 張建成

本發明公開了一種基于蝴蝶鱗片陷光特性的仿生抗反射光學膜及制備方法和用途，屬于功能材料技術領域，本發明基于蝴蝶鱗片的陷光特性，以透明玻璃為基板，采用溶膠凝膠法與選擇性腐蝕相結合的方法，制備出具有納米級光柵結構的二氧化硅基仿生抗反射光學膜材料。所制備的光柵結構由一系列平行的脊組成，每條脊上分布有斜向梳齒狀結構。通過在玻璃基板上構筑該種光柵結構，當有光線照射到該種仿生抗反射光學膜材料表面時，入射光線之間發生干涉，同時透射進入光柵結構中的光在其內部發生多次折射及反射，從而達到了降低材料表面反射的目的。本發明提供了一種設計及制備抗反射膜材料的一個新途徑，其制備工藝簡單，成本低廉，節能環保。

技術領域

本發明屬于功能材料技術領域，特別涉及一種具有陷光特性的仿生光學膜材料的制備方法及用途。所制備的仿生抗反射光學膜的制備工藝簡單，成本低廉，節能環保。

背景技術

目前，在世界的能源結構體系中，化石能源仍然是人類主要的能源來源。然而，隨著能源危機的日益嚴重，化石能源的大量開采和利用造成的污染的加劇，化石能源被新能源所取代已經成為歷史的必然。因此，人類需要未雨綢繆，及早尋求新型環保的替代能源。太陽能作為一種理想的可再生能源是目前階段最理想的替代能源之一。開發利用太陽能的主要手段是利用光伏發電，目前，如何高效環保地開發利用太陽能已成為世界上許多國家可持續發展的重要的課題。就影響太陽能電池效率的因素而言，由光的反射造成的光學損失是阻礙太陽能效率提高的重要障礙之一。大量的研究表明，在太陽能電池中引進陷光結構有利于提高太陽能電池的短路電流和轉換效率。近些年來，國內外科研工作者已經研制出多種陷光表面，并且這些陷光表面在眾多領域的光學裝置上發揮了較大的作用。然而，這些陷光結構的效率并沒有達到理想的狀態。因此，尋求優化的高效陷光功能膜材料成為光伏領域研究的熱點和難點。另一方面，光線的反射也困擾著人們的生活，如手機屏幕、玻璃幕墻的反射造成了嚴重的光污染，因此降低以上表面的反射率的同時，保證較高的透明度，也是我們目前面臨的一大挑戰。

因此我們將目光投向大自然，希望能夠從生物進化的角度獲得具有優異陷光特性的功能表面。大自然中的生物在漫長的自然選擇過程中，為了適應環境，逐漸進化出了具有優異陷光性能的體表結構，其卓越的性能是絕大多數人造表面無法比擬的，這些生物的體表結構為抗反射膜材料的仿生設計制造提供了借鑒。本發明選取生活在馬來西亞熱帶雨林中的翠葉鳳蝶作為研究對象，通過研究發現，在蝴蝶翅膀表面的多尺度分級光柵結構的作用下，蝴蝶翅膀能夠有效的降低光線的反射。將蝴蝶翅膀陷光機理應用于膜材料表面結構的構筑中，可以制備出具有陷光特性的仿生抗反射光學膜材料。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于蝴蝶鱗片陷光特性的仿生抗反射光學膜，能夠高效地降低表面反射率。同時，該仿生抗反射膜材料還能夠角度依賴性的呈現綠、藍、棕三種顏色。

本發明的另一目的在于提供一種基于蝴蝶鱗片陷光特性的仿生抗反射光學膜的制備方法。

本發明的再一目的在于提供一種基于蝴蝶鱗片陷光特性的仿生抗反射光學膜的用途。

本發明受蝴蝶翅膀抗反射特性的啟發，以蝴蝶翅膀為生物模板，以透明玻璃板作為可支撐基板，采用溶膠凝膠法與選擇性腐蝕相結合的方法，在玻璃基板上制備出具有納米級光柵結構的二氧化硅基仿生抗反射光學膜材料，光柵結構由一系列平行的脊組成，每條脊上分布有斜向梳齒狀結構。

所述的蝴蝶翅膀選自生活在馬來西亞熱帶雨林中的翠葉鳳蝶。

所述的溶膠凝膠法選用的前驅體溶液由正硅酸乙酯與濃鹽酸按體積比3:1的比例混合、攪拌制成。

所述的選擇性腐蝕選用的液體為濃硝酸與高氯酸按體積比1:1的比例混合攪拌制成。

本發明的一種基于蝴蝶鱗片陷光特性的仿生抗反射光學膜的制備方法，包括以下步驟：