光学聚合物抗反射自清洁仿生膜的构筑与性能研究

当前，光学器件在使用过程中存在着因表面反射造成光能利用效率较低与粉尘附着导致清洁维护困难的技术问题。仿生学的最新研究表明:昆虫复眼角膜上的纳米突起阵列结构能够同时赋予其宽光谱广角度抗反射与疏水自清洁双重功能。受此启发，本项目创造性地提出了通过模拟生物体表层纳米结构，在普通光学透明聚合物薄膜表面制造出具有抗反射自清洁两种仿生性能的纳米渐变突起阵列的构想；该仿生膜未来可用作柔性光学器件的封装材料，以提高其光能利用效率、降低清洁维护成本。本项目拟利用自主研发的氧化铝渐变孔阵列模板通过纳米印制技术制造表面具有纳米渐变突起阵列的聚合物膜，使其同时实现宽谱广角减反与自清洁双重功能；重点研究分子链化学成分与阵列中纳米突起结构参数对聚合物仿生膜减反增透与疏水自清洁性能的调控规律；计划研发一种可大面积低成本快速制备这种聚合物仿生膜的纳米印制新技术。

“光学聚合物抗反射自清洁仿生膜的构筑与性能研究”课题灵感来源于自然界中纳米乳突阵列结构（如蚊子复眼）对可见光具有优良的减少反射增加透射、超疏水或超亲水自清洁双重功能。本项目旨在借助纳米压印技术以多孔氧化铝为模板实现在光学聚合物膜表面构建出仿蚊眼的纳米乳突阵列结构，以期具备减反增透与自清洁性能。因此，该课题的主要研究内容包括氧化铝纳米锥孔阵列的可控制备、氧化铝模板在光学聚合物膜上的反向复形以及具有纳米乳突表面聚合物膜的减反与自清洁性能研究。经过三年的研究，该项目取得了以下研究结果：（1）通过选择合适氧化体系，采用多次循环氧化/扩孔的方法可控制备了不同轮廓与结构参数的氧化铝纳米渐变孔阵列，掌握了调控渐变孔结构与周期的影响规律;（2）以所制备的氧化铝纳米渐变孔阵列为模板，利用纳米压印技术在光学聚合物表面印制出了仿生三维纳米渐变突起阵列结构；（3）在脱模技术上，通过氧化铝模板表面修饰低表面能的氟硅烷，研发了一种手动无损脱模技术；创造性地提出了一种控制化学腐蚀的方法分离模板与目标聚合物膜材料；相对于传统的强酸溶解氧化铝去模板方法，这两种技术节约了成本、减少了污染物产生，实现了模板的多次循环利用。（4）系统研究了聚合物膜上仿蛾眼纳米乳突阵列的抗反射与自清洁性质。通过可控调节模板氧化铝纳米锥孔的结构参数，优化了聚合物表面仿蛾眼纳米乳突阵列的轮廓与周期；进而考察了纳米乳突的结构对聚合物膜抗反射光学与自清洁性能的影响。（5）以氧化铝锥孔阵列为模板不仅可以在普通光学聚合物膜表面，还可以在乙烯-四氟乙烯共聚物膜上制备出三维渐变纳米锥阵列，使其具有更高的抗反射性能与疏水自清洁功能；（6）开展了在玻璃表面宽光谱抗反射和超亲水自清洁功能聚合物纳米仿生膜研制。