微结构光学表面纳米减反射膜的制备与功能化研究

Antireflective coatings are of great importance and widely used in the field of optical materials and devices. At present, there are few reports on the fabrication of uniform nano-antireflective coatings on the micro-structured surfaces of optical materials such as Finel lens. This project intends to develop the new methods for constructing conformal nano-antireflective coatings with controllable thickness on the microstructures. The emphasis will focus on exploring the mechanism of conformally and uniformly depositing coating blocks, and the key factors controlling film thickness and morphology. Further, multifunctions such as anti-graffiti, anti-fingerprint, self-cleaning will be integrated in the prepared antireflective coatings. The relationship between film structure and antifouling performance will be investigated. It is expected to provide a new simple method to construct antireflective coatings for optical materials with microstructured surfaces.

减反射膜是一类量大面广、在光学材料与器件领域具有重要应用的薄膜材料。目前，对于菲涅尔透镜等具有微结构的光学材料，在其表面构筑结构均匀的纳米减反射膜的研究鲜有报道。本项目以在微结构光学表面构筑共形、厚度均匀可控的多功能减反射膜为目标，重点研究成膜新方法，探索成膜物质在微结构表面的均匀成形的机理、控制薄膜厚度及结构形态的关键因素；进一步地，赋予上述减反射膜其他功能，如防涂鸦、防指纹、自清洁、高强度等；研究薄膜的防污效果、薄膜结构与防污性能和机械强度之间的关系，拟解决功能性减反射膜制备过程复杂、成本高、不便于大规模制备等问题。通过本项目研究，期望为具有微结构光学材料或器件表面的减反射提供一种简便、易于大面积应用的新方法，为推广其应用奠定技术基础。

表面微结构对表面与光的相互作用具有重要影响。通过对表面微结构的设计、构筑与精细调控，可以赋予表面特殊光学性质，在光学器件、能源转化等领域具有重要的应用。.本项目利用聚合物溶液相分离、纳米颗粒组装等方法获得一系列表面微结构，通过微结构构筑单元的尺寸、形貌、分布的调控，获得了增透、减反、全吸收等特殊光学功能表面，并探索其在光学材料、光热转化等领域的应用。主要工作如下：（1）针对具有三维微结构光学材料表面构筑均匀减反射膜的难题，开发了基于静电作用力为主要驱动力的微米结构表面纳米颗粒组装方法，从而获得共形、厚度均匀可控的功能纳米涂层。该种方法可用于在具有半圆形微结构的PET表面制备厚度100-150nm的减反射涂层，平均透过率提高2.6%。（2）开发喷涂乙烯共聚物与纳米二氧化硅颗粒的简单、普适、便于大规模制备的多功能减反射膜的技术，同时赋予了涂层优异的自清洁性。（3）利用水蒸气诱导聚苯乙烯溶液相分离制备得到了双连续结构的仿白甲虫超白表面，该人工超白表面有着目前最高的反射性能，厚度为3.5μm时反射率可达到60%。（4）受白甲虫的取向柱状网络启发，垂直压缩热致相分离得到的具有三维连续纳米片层形貌超高分子量聚乙烯气凝胶，其具备高太阳光反射率（96%），再将这种柔性自支撑的仿生超白材料与PDMS复合研究了材料的辐射降温能力。（5）超黑材料具有很高的光吸收率和极低的光反射率，考虑无限厚涂层对光的吸收和反射行为，通过模型计算结果表明，降低涂层的填充度，减小散射体尺寸是制备具有超低反射率超黑材料的关键。同时制备的碳微球和多孔碳囊泡结构在可见光区域漫反射率最低分别可达0.14%和0.11%。研究成果为理解微纳米结构和光的相互作用及光功能材料的应用奠定基础。