ACS Appl. Nano Mater.｜二氧化硅/氟化聚合物纳米复合抗反射反射涂层_行业资讯

背景介绍

在透镜，太阳能电池和平板显示器等许多光学装置表面沉积抗反射涂层（Antireflection Coatings, ARC）可以有效提升其透光性。其抗反射原理是在界面处产生光的破坏性干涉，涂层材料的折射率和涂层厚度是控制透光性的关键因素。理想的单层ARC应满足两个众所周知的原则：（1）其所需厚度应为入射光波长的四分之一（λ/ 4）；（2）其有效折射率（RI）应等于基材折射率的平方根。传统的方法是引入低RI材料如氟化镁，但由于低折射率材料的选择有限，许多团队尝试通过制造具有最佳折射率的介孔无机和聚合物涂层来开发宽带抗反射（ARC）。而另一种方法是受到蛾眼睛中角膜透镜的启发，在空气/基底界面处制备连续折射率梯度的纳米结构形貌。然而，许多制备工艺仅适用于平坦表面并需要复杂或昂贵的设备。众多工艺中，溶胶-凝胶和逐层（LbL）组装是基于溶液的工艺，相对简单且成本低廉。

主要内容

台湾成功大学Jeng-Shiung Jan等采用空心纳米粒子的逐层组装，通过二氧化硅矿化构筑出具有囊泡纳米结构的抗反射涂层，实现在纳米尺度上制备有机物和无机物互穿的网络结构。通过在涂层中引入低表面能材料不仅可以克服二氧化硅纳米粒子之间存在开孔和/或间隙空隙，防止水蒸汽和污染物进入，提高涂层耐久性。研究者选择了聚（2,2,3,3-四氟丙基甲基丙烯酸酯）（PTFP），因为它不仅表现出低表面能，而且还表现出低折射率（1.417）。以CuBr为催化剂，通过原子转移自由基聚合（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）。将PDMA-b-PTFP嵌段共聚物季铵化，通过控制嵌段比和链长可控制其在水溶液中自组装形成的囊泡尺寸。再将季胺化PDMA-b-PTFP囊泡和聚（L-谷氨酸）（PGA）进行逐层组装，随后进行二氧化硅矿化形成涂层（如图1）。

研究表明，氟化聚合物（PTFP链段）的引入不仅有效地降低了制成的涂层的RI，而且有效地降低了构成孔隙表面的表面能量，这通过防止吸收和毛细管作用使ARC具有高透射率和耐久性。此外，纳米尺寸的PDMA-b-PTFP囊泡的形成可以使得ARC呈现小孔径，改善其透光率。这项研究表明了一种新颖的概念，即采用低表面能/RI材料制造宽带防潮抗反射涂层（ARC）。

图文鉴赏

图1：（a）二氧化硅/氟化聚合物复合ARCs制备示意图；（b）季铵化PDMA-b-PTFP嵌段共聚物的合成途径。

图2：玻璃基材上复合数分别为（a）8和（b）10的（PDMA20-b-PTFP40/ PLGA140）n干膜SEM图像。

图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复合膜SEM图像。

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

图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复合膜AFM图像，双层数（n）a，c）8和（b，d）10。

图6：（a）涂覆在玻璃基底上的具有不同双层（n）的二氧化硅/（PDMA20-b-PTFP40/ PLGA140）n复合膜的透射光谱；（b）右侧部分涂覆AR二氧化硅/（PDMA20-b-PTFP40/ PLGA140）8复合膜的玻璃基板的照片图像，显示抑制反射。

图7.（a）涂覆在PMMA基材上的具有不同双层（n）的二氧化硅/（PDMA20-b-PTFP40 / PLGA140）n复合膜的透射光谱。（b）PMMA基材的照片图像，右侧部分涂覆有AR二氧化硅/（PDMA20-b-PTFP40 / PLGA140）8复合膜，抑制反射效果明显。

图8. 涂覆到玻璃基底上的二氧化硅/（PDMA20-b-PTFP40 / PLGA140）8复合膜在第0,1,3,5和7天的透射光谱。将样品储存在（a）冰箱（ - 4°C）和（b）烤箱（100°C）。

参考文献

ACS Appl. Nano Mater. 2018, 1, 741?750.

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