聚合物/无机微透镜阵列复合结构的一步制备方法、机理及应用研究

Microlens arrays have wide application in the fields of military, scientific research and so on. However, the etching process, which is a “top-down” method for preparing a microlens array, is complex, low efficiency, and requires expensive equipment, which limits the application of microlens array. Here, it is proposed that a “bottom-up” self-assembly method for preparing polymer/inorganic microlens array composite film from the polymer/inorganic precursor solution by “breathing figures” method. Various polymers and inorganic precursors will be used to prepare the different kinds of microlens array composites. This project focuses on the influence of polymer structure, hydrolysis mechanism of inorganic precursor on the self-assembly process as well as the target structure, the self-assembly mechanism, and the preparation of a series of microlens arrays of inorganic materials. The application of the microlens arrays in solar cells will be investigated and a compound eyes-like structure will be prepared. The project is aimed at finding a new pathway for the preparation of inorganic microlens arrays.

微透镜阵列可以被应用在军事、科研以及日常生活许多领域。然而，以刻蚀为基础的微透镜阵列制备方法工艺复杂、设备昂贵、效率低，限制了其应用。本项目拟从低维度原材料出发，即聚合物/无机物前驱体的溶液，通过Breath figure方法一步自组装实现聚合物/无机微透镜阵列复合结构的制备,建立一种快速、简便、高效的无机微透镜阵列制备方法。项目将在已有工作的基础上,选用不同的聚合物和前驱体制备一系列聚合物/无机微透镜阵列复合结构，通过聚合物和前驱体浓度、溶剂、基底、环境湿度的控制，调控复合结构的微观特征，研究研究聚合物结构以及无机前驱体水解机制对于自组装过程以及目标结构的影响,加深对自组装机理的认识,完善制备方法,考察微透镜阵列在太阳能电池等领域的应用，并探索仿复眼结构制备的新方法，为无机材质的微透镜阵列提供一条崭新的制备途径。

微透镜阵列在军事、科研以及日常生活等众多领域具有广泛的应用，尤其是无机微透镜阵列。为突破传统制备方法工艺复杂、设备昂贵、效率低的限制，我们从低维度原材料出发，即聚合物/无机物前驱体的溶液，基于Breath figure原理，采用自下而上的方法以溶液表面自发形成的水滴同时作为模板、反应物以及微反应器实现无机微透镜阵列的一步自组装制备，建立一种快速、简便、高效的无机微透镜阵列制备方法。我们系统研究了不同前驱体和聚合物的组装情况，结果表明前躯体水解产物的水溶胶同聚合物基体之间的界面相互作用对微透镜阵列的制备具有至关重要的影响。在相互作用较强时，水溶胶在干燥过程中以原位形成的六方规则排列半球形聚合物微孔作为模板形成半球状透镜及其阵列；然而界面相互作用较弱时，水溶胶在挥发过程中脱离微孔壁的粘附，在尺寸减小的过程中保持水滴球形形貌，浓缩到一定浓度后溶胶在液固界面处被拉长，上部保持一定球形，形成ball-on-disk结构，即非对称凸透镜结构。系统研究了聚合物类型、前躯体水解机制、环境湿度对组装的影响，多种无机材料前躯体可用于形成微透镜阵列，并可通过两种不同无机材料前躯体混合形成杂化阵列结构。此外，基于透镜颗粒尺寸可调控特性以及其同聚合物基体之间浸润性差别，该阵列结构可用于制备多种二元阵列体系，发展了一种简单制备二元阵列的新方法。