本发明专利技术揭示了一种宽光谱广角抗反射高分子纳米仿生膜及其制备方法。该高分子膜的构筑单元为三维渐变纳米突起阵列和/或孔道阵列结构，该三维渐变纳米突起阵列和/或孔道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变小，且呈有序二维排列组合的纳米突起、孔道组成；其折射率从基底折射率到空气折射率渐变。该制备方法的特点在于，基于三维渐变体阵列结构的模板在高分子基材表面直接压印成形。本发明专利技术的高分子膜具有优越宽光谱广角抗反射性能，在平板显示器件、光电器件、光学元件、太阳能电池等领域具有广阔应用前景，且其制备工艺简单易操作效率高、适用范围广、成本低，具有工业化生产潜力。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术特别涉及表面具有不同三维纳米渐变体阵列结构的，属于高分子材料纳米结构膜领域。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用了如下技术方案—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勻，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 12μπι。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 IOOOOrpm)，浸渍提拉(提拉速度为0. 01 lOmm/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 101325 )，不同温度(如，0 300°C)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首先将所述高分子板材、片材、膜材等固相材料放置在所述模板上，根据具体材料所需的加工温度的不同，加热到固体材料的玻璃化温度之上20 100°C。在此温度下，施加 1 500kPa的压强，并保持压力0 300min。待温度降至室温后，撤去压力，最后将在模板上形成的高分子膜层与模板剥离，获得目标产物。作为又一种优选实施方式，该方法是结合了纳米压印的光聚合法首先根据粘度和挥发性的不同，针对不同单体、单体溶液或高分子前驱体选择浇铸，旋涂(转速为100 IOOOOrpm)，浸渍提拉(提拉速度为0. 01 lOmm/min)或连续涂布等方法涂布在前述模板上，根据实际需要施加0 500 的压强，并根据所用材料的特性用相应感光波段(波长为10 SOOnm)光辐照0. Is 60min，待高分子固化后，将模板与形成的高分子膜层剥离，从而获得目标产物。前述反应可在有或无光引发剂参与的情况下进行。作为再一种优选实施方式，该方法是结合了纳米压印的热聚合法首先根据粘度和挥发性的不同，针对不同单体、单体溶液或高分子前驱体通过浇铸，旋涂(转速为100 IOOOOrpm)，浸渍提拉(提拉速度为0. 01 lOmm/min)或连续涂布等方法涂布在前述模板上，而后在O 500 的压强下，逐步升温或直接升温至高分子热固化温度(10 300°C )，待高分子固化，待温度降至室温后，将模板与形成的高分子膜层剥离，从而获得目标产物。前述模板采用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氧化铝模板或金属镍模板。前述氧化铝模板是孔间距在50 600nm范围内可控的，高度有序的三维渐变纳米孔阵列结构氧化铝模板，其可通过基于高电场条件下的电化学自有序法制备。具体而言， 该氧化铝模板的结构及其制备工艺具体可参见本案专利技术人提出的公开号为CN101838834. A5以及申请号为201110006345. 4的专利技术专利申请。前述金属镍模板可采用基于前述氧化铝模板而利用电化学沉积方法制备的，高度有序与模板互补的三维纳米渐变体突起阵列结构的金属镍模板，该金属镍模板的结构及其制备工艺具体可参见本案专利技术人提出的申请号为 201110054017. 1的专利技术专利申请。通过采用前述的不同周期、不同轮廓的高度有序的三维纳米渐变体阵列结构模板，可实现不同材质高分子表面三维纳米渐变体阵列结构，特别是周期为100 300nm，不同渐变轮廓(倒陀螺形，倒漏斗形，锥形、倒铅笔形)的高分子三维纳米渐变体阵列结构的制备。前述方法中是采用直接脱模法或溶液溶解法将高分子膜层与模板分离的；所述直接脱模法为在室温下以外力牵引高分子膜层和/或模板，使高分子膜层与模板分离，所述模板表面在放置或涂布高分子材料、高分子材料单体、高分子前驱体或高分子溶液之前，还经过含氟或含硅分本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一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。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：高雪峰，金鑫，李娟，朱杰，陈周群，周传强，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：32
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