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ACS Appl. Nano Mater.｜二氧化硅/氟化聚合物納米復(fù)合抗反射反射涂層

2018-04-27 11:14:45 作者：本網(wǎng)整理來源：材料前沿科技分享至：

背景介紹

在透鏡，太陽(yáng)能電池和平板顯示器等許多光學(xué)裝置表面沉積抗反射涂層（Antireflection Coatings, ARC）可以有效提升其透光性。其抗反射原理是在界面處產(chǎn)生光的破壞性干涉，涂層材料的折射率和涂層厚度是控制透光性的關(guān)鍵因素。理想的單層ARC應(yīng)滿足兩個(gè)眾所周知的原則：（1）其所需厚度應(yīng)為入射光波長(zhǎng)的四分之一（λ/ 4）；（2）其有效折射率（RI）應(yīng)等于基材折射率的平方根。傳統(tǒng)的方法是引入低RI材料如氟化鎂，但由于低折射率材料的選擇有限，許多團(tuán)隊(duì)嘗試通過制造具有最佳折射率的介孔無機(jī)和聚合物涂層來開發(fā)寬帶抗反射（ARC）。而另一種方法是受到蛾眼睛中角膜透鏡的啟發(fā)，在空氣/基底界面處制備連續(xù)折射率梯度的納米結(jié)構(gòu)形貌。然而，許多制備工藝僅適用于平坦表面并需要復(fù)雜或昂貴的設(shè)備。眾多工藝中，溶膠-凝膠和逐層（LbL）組裝是基于溶液的工藝，相對(duì)簡(jiǎn)單且成本低廉。

主要內(nèi)容

臺(tái)灣成功大學(xué)Jeng-Shiung Jan等采用空心納米粒子的逐層組裝，通過二氧化硅礦化構(gòu)筑出具有囊泡納米結(jié)構(gòu)的抗反射涂層，實(shí)現(xiàn)在納米尺度上制備有機(jī)物和無機(jī)物互穿的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。通過在涂層中引入低表面能材料不僅可以克服二氧化硅納米粒子之間存在開孔和/或間隙空隙，防止水蒸汽和污染物進(jìn)入，提高涂層耐久性。研究者選擇了聚（2,2,3,3-四氟丙基甲基丙烯酸酯）（PTFP），因?yàn)樗粌H表現(xiàn)出低表面能，而且還表現(xiàn)出低折射率（1.417）。以CuBr為催化劑，通過原子轉(zhuǎn)移自由基聚合（ATRP）合成了聚（2-（二甲基氨基）乙基甲基丙烯酸酯）-嵌段-聚（2,2,3,3-甲基丙烯酸四氟丙酯）（PDMA-b-PTFP）。將PDMA-b-PTFP嵌段共聚物季銨化，通過控制嵌段比和鏈長(zhǎng)可控制其在水溶液中自組裝形成的囊泡尺寸。再將季胺化PDMA-b-PTFP囊泡和聚（L-谷氨酸）（PGA）進(jìn)行逐層組裝，隨后進(jìn)行二氧化硅礦化形成涂層（如圖1）。

研究表明，氟化聚合物（PTFP鏈段）的引入不僅有效地降低了制成的涂層的RI，而且有效地降低了構(gòu)成孔隙表面的表面能量，這通過防止吸收和毛細(xì)管作用使ARC具有高透射率和耐久性。此外，納米尺寸的PDMA-b-PTFP囊泡的形成可以使得ARC呈現(xiàn)小孔徑，改善其透光率。這項(xiàng)研究表明了一種新穎的概念，即采用低表面能/RI材料制造寬帶防潮抗反射涂層（ARC）。

圖文鑒賞

圖1：（a）二氧化硅/氟化聚合物復(fù)合ARCs制備示意圖；（b）季銨化PDMA-b-PTFP嵌段共聚物的合成途徑。

圖2：玻璃基材上復(fù)合數(shù)分別為（a）8和（b）10的（PDMA20-b-PTFP40/ PLGA140）n干膜SEM圖像。

圖3：涂覆在（a，c）玻璃和（b，d）PMMA基底上的二氧化硅/（PDMA20-b-PTFP40/ PLGA140）8復(fù)合膜SEM圖像。

圖4：二氧化硅/（PDMA20-b-PTFP40/ PLGA140）8復(fù)合膜涂覆到PMMA基材上的EDX分析。

圖5：涂覆在（a，b）玻璃和（c，d）PMMA基材上的二氧化硅/（PDMA20-b-PTFP40/ PLGA140）n復(fù)合膜AFM圖像，雙層數(shù)（n）a，c）8和（b，d）10。

圖6：（a）涂覆在玻璃基底上的具有不同雙層（n）的二氧化硅/（PDMA20-b-PTFP40/ PLGA140）n復(fù)合膜的透射光譜；（b）右側(cè)部分涂覆AR二氧化硅/（PDMA20-b-PTFP40/ PLGA140）8復(fù)合膜的玻璃基板的照片圖像，顯示抑制反射。

圖7.（a）涂覆在PMMA基材上的具有不同雙層（n）的二氧化硅/（PDMA20-b-PTFP40 / PLGA140）n復(fù)合膜的透射光譜。（b）PMMA基材的照片圖像，右側(cè)部分涂覆有AR二氧化硅/（PDMA20-b-PTFP40 / PLGA140）8復(fù)合膜，抑制反射效果明顯。