[发明专利]宽光谱广角抗反射高分子纳米仿生膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明特别涉及表面具有不同三维纳米渐变体阵列结构的宽光谱广角抗反射高分子纳米仿生膜及其制备方法，属于高分子材料纳米结构膜领域。

背景技术

光学高分子材料由于表面普遍存在光学反射，在实际应用中不仅会造成反光炫目，降低视野或图像显示的清晰度或图像显示的清晰度，而且会导致能量损耗、光能利用效率的降低，因此抗反射膜的设计已成为光学和光电器件设计的关键因素。传统的高分子抗反射膜大多采用多层结构或者多孔结构，多层结构抗反射膜折射率不能连续变化，并且层间存在黏附性和热失配等问题，不适合工作条件比较复杂的环境；而多孔膜的制备技术，如breath-figure法、相分离法、溶胶-凝胶法、共混法，很难有效调控折射率的变化趋势，并且往往需要借助有机溶剂，环境污染比较严重。此外，以上两种结构抗反射膜的制造工艺繁琐，不适用于高性能高分子基材抗反射膜的大面积制造，很难真正实现产业化。

纳米仿生研究发现，某些昆虫的复眼或翅膀表面具有的三维纳米突起阵列结构是一种非常高效的抗反射结构，由于其折射率从空气到本体材料连续逐渐变化，能够对入射光进行调制，实现宽光谱广角抗反射。通过模拟这种生物体表层纳米结构，有望设计出具有宽光谱广角减反性能的纳米突起阵列增透膜。目前，在无机半导体材料，如单晶硅、氮化镓等表面通过反应离子束刻蚀或电子束刻印等方法构筑了仿复眼的针/锥状纳米突起阵列结构。例如，Kanamori等人在硅基底上制备的抗反射薄膜对300-1000nm波长范围内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)。然而这种针对半导体材料的刻蚀方法不适用于高分子等软材料。尽管利用前述半导体材料模板可以在高分子表面加工微纳结构进行减反原理和性能的研究，但是鉴于模板成本和面积的限制，很难用于低成本大面积高分子纳米材料的制造，因此不具备实际应用的价值。

发明内容

本发明的目的在于提出一种宽光谱广角抗反射高分子纳米仿生膜，其主要由形成于不同材质高分子表面的三维纳米渐变体阵列结构组成，具有面积大、制备成本低廉等优点，可满足实际应用的需求，从而克服了现有技术中的不足。

本发明的另一目的在于提出制备前述宽光谱广角抗反射高分子纳米仿生膜的工艺，其采用具有不同周期、不同轮廓的高度有序的三维纳米渐变体阵列结构的氧化铝、金属镍等作为模板，可以加工大面积的高分子材料从而形成前述纳米仿生膜，具有工业化生产潜力。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种宽光谱广角抗反射高分子纳米仿生膜，其特征在于：该纳米仿生膜的构筑单元为三维渐变纳米突起阵列结构和/或三维渐变纳米孔道阵列结构，所述三维渐变纳米突起阵列结构和三维渐变纳米孔道阵列结构是分别由复数个尺寸均匀，中轴线与基面垂直，轮廓连续或非连续变化，尺寸从上至下逐渐变大或逐渐变小，并且呈有序的二维排列组合的纳米突起和纳米孔道组成；

该纳米仿生膜的折射率从基底折射率到空气折射率渐变。

进一步的讲，该纳米仿生膜是由透明高分子材料组成，其厚度为50nm～12μm。

如上所述宽光谱广角抗反射高分子纳米仿生膜的制备方法，其特征在于，该方法为：在具有三维渐变纳米孔道阵列结构和/或三维纳米渐变突起阵列结构的模板的孔内和/或缝隙内填充高分子材料、高分子材料单体、高分子前驱体和高分子溶液中的任意一种，令高分子材料完全复形或固化后将形成的高分子膜与模板分离，获得具有三维纳米渐变突起阵列结构和/或三维纳米渐变孔道阵列结构的所述高分子纳米仿生膜。

作为一种优选的实施方式，该方法是结合了纳米压印的溶液浇铸法：

首先将所述高分子溶解在适当溶剂中，形成重量分数为1～50％的高分子溶液，根据溶液的粘度和挥发特性，选择通过浇铸，旋涂(转速为100～10000rpm)，浸渍提拉(提拉速度为0.01～10mm/min)或连续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剂的性质，在不同真空度(如，0.1～101325Pa)，不同温度(如，0～300℃)干燥所述溶剂；最后将模板与形成的高分子膜层剥离，从而获得目标产物。

作为另一种优选实施方式，该方法是结合了纳米压印的热压法：