仿生高性能抗反射防雾聚合物纳米膜

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图1.a)基于模板辅助的纳米压印技术实现聚合物表面类蛾眼纳米结构的示意图;b,c)不同周期和高度纳米结构的SEM图;d)双面印制纳米结构(右)与表面未处理(左)的PMMA板光学抗反射对比图;e)中心圆环内印制纳米结构的PMMA板 (左)与表面进一步溅射氧化硅纳米粒子复合超亲水特性的光学防雾对比图

在聚合物材料表面印制类蛾眼纳米结构以实现宽光谱广角抗反射和防雾功能化的研究已经引起科学界和产业界的广泛兴趣。纳米压印技术是近年来纳米结构图形复制工艺的研究热点,被誉为最有发展潜力制作纳米结构的技术之一,但是该技术在工业化应用的道路上还存在一定的技术难点,模板的低成本大面积可控制作是制约其应用的主要瓶颈。尽管当前利用各种模板辅助的纳米压印技术已经能实现聚合物表面类蛾眼纳米结构的制备,但是要想实现这种三维纳米仿生结构低成本大面积的可控制备,尤其实现周期和高度独立可调以及性能优化仍是极大的挑战。

针对上述问题,中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所高雪峰研究员团队开发了一种可实现不同孔间距和轮廓规则阳极氧化铝渐变纳米孔模板低成本大面积定制的加工技术,主要包括两个关键步骤:通过一步高强度阳极氧化与腐蚀剥离相结合实现铝箔表面不同孔间距规则纳米凹坑预图案;随后通过多步温和阳极氧化与腐蚀扩孔相结合进一步实现不同轮廓渐变纳米孔原位生长;相关研究结果已发表在美国化学会《应用材料与界面》杂志上(ACS Appl. Mater. Interfaces 2012, 4, 5678)。在此基础上,我们能实现聚合物表面类蛾眼纳米结构的任意印制,并系统研究结构参数在可见及近红外区的抗反射特性;通过结构参数优化可实现抗反射性能最优的仿生聚合物纳米膜,其平均反射率小于0.6%;进一步沉积30nm厚的氧化硅纳米粒子调控表面化学可集成超亲水防雾功能。这种高性能纳米仿生膜预计在平板显示、光学元件、光电器件等领域有广阔应用前景;相关研究结果已发表在德国Wiley出版社《Small》杂志上(Small2014, 10, 2578)