本發(fā)明涉及微納結(jié)構(gòu)制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種在有機(jī)材料表面制備抗反射微納結(jié)構(gòu)的方法。

背景技術(shù)：

光學(xué)元件的抗反射是由于光學(xué)元件的折射率和空氣折射率突變引起的。光學(xué)元件表面的抗反射給光學(xué)系統(tǒng)帶來很大的不確定性，因而抗反射技術(shù)一直是光學(xué)元件領(lǐng)域重點(diǎn)關(guān)注的問題之一。目前常用的抗反射技術(shù)是抗反射膜技術(shù)，但是抗反射膜存在成本高、抗激光損傷閾值低、耐污染性差等缺點(diǎn)。而新興的微納結(jié)構(gòu)抗反射技術(shù)則在一些應(yīng)用領(lǐng)域可以彌補(bǔ)抗反射膜的局限性。

抗反射微納結(jié)構(gòu)的尺度一般屬于微納尺度，所以其加工屬于微納加工范疇。微納結(jié)構(gòu)的制備方法主要分為兩大步驟，第一步是掩模制備，第二步是刻蝕，而掩模制備是限制微納結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵因素?，F(xiàn)有模板制備技術(shù)包括光刻法、膠體晶體模板法、熱退火法和氧化鋁模板法等技術(shù)，但是這些技術(shù)都有一些局限性。如光刻法中采用的光刻膠為有機(jī)物，當(dāng)需要制作抗反射微納結(jié)構(gòu)的襯底也是有機(jī)物時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致無法實(shí)現(xiàn)選擇性刻蝕，另一方面光刻法受到衍射極限的限制，無法制備更小的微納米結(jié)構(gòu)；膠體晶體模板法難以實(shí)現(xiàn)大口徑、低成本、批量化的生產(chǎn)；熱退火法需要通過高溫使表面納米金屬團(tuán)聚形成微納米島狀掩膜，而有機(jī)物襯底無法承受高溫，因而無法采用熱退火法在有機(jī)物材料表面制備抗反射微納結(jié)構(gòu)；氧化鋁模板法需要導(dǎo)電層，因而也不適用有機(jī)物材料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種在有機(jī)材料表面制備抗反射微納結(jié)構(gòu)的方法，本發(fā)明提供的方法沒有額外采用任何掩模板即能夠?qū)崿F(xiàn)在有機(jī)材料表面制備抗反射微納結(jié)構(gòu)，且操作簡單、方便，成本低。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種在有機(jī)材料表面制備抗反射微納結(jié)構(gòu)的方法，包括以下步驟：

對(duì)有機(jī)材料進(jìn)行反應(yīng)離子刻蝕，在所述有機(jī)材料表面形成抗反射微納結(jié)構(gòu)；其中，所述反應(yīng)離子刻蝕所采用的刻蝕氣體為氧氣和惰性氣體，所述氧氣的流量為1～50sccm，惰性氣體的流量為1～100sccm，且所述氧氣和惰性氣體的流量比為1：(1～10)；所述反應(yīng)離子刻蝕的功率為10～250w。

優(yōu)選地，所述反應(yīng)離子刻蝕在工作壓強(qiáng)為0.5～200pa的條件下進(jìn)行。

優(yōu)選地，所述反應(yīng)離子刻蝕的時(shí)間為1～60min。

優(yōu)選地，所述惰性氣體包括氬氣或氦氣。

優(yōu)選地，所述有機(jī)材料包括交聯(lián)聚酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、三醋酸纖維素、全氟乙烯丙烯共聚物、聚乙烯醇或聚碳酸酯。

優(yōu)選地，所述有機(jī)材料以有機(jī)物基片或有機(jī)物涂層形式進(jìn)行反應(yīng)離子刻蝕。

優(yōu)選地，所述有機(jī)材料在使用前進(jìn)行表面清潔處理。

本發(fā)明提供了一種在有機(jī)材料表面制備抗反射微納結(jié)構(gòu)的方法，對(duì)有機(jī)材料進(jìn)行反應(yīng)離子刻蝕，在所述有機(jī)材料表面形成抗反射微納結(jié)構(gòu)；其中，所述反應(yīng)離子刻蝕所采用的刻蝕氣體為氧氣和惰性氣體，所述氧氣的流量為1～50sccm，惰性氣體的流量為1～100sccm，且所述氧氣和惰性氣體的流量比為1：(1～10)；所述反應(yīng)離子刻蝕的功率為10～250w。本發(fā)明基于干法刻蝕，沒有額外采用任何掩模板，在對(duì)有機(jī)材料進(jìn)行反應(yīng)離子刻蝕過程中，通過控制氧氣和惰性氣體的流量、二者流量的比例關(guān)系以及反應(yīng)離子刻蝕的功率，能夠使有機(jī)材料表面產(chǎn)生再沉積物，所述再沉積物能夠作為所述反應(yīng)離子刻蝕的微掩模，從而在有機(jī)材料表面制備出抗反射微納結(jié)構(gòu)，操作簡單、方便，成本低。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的方法的原理示意圖；

圖2為樣品s1的抗反射微納結(jié)構(gòu)的掃描電鏡圖；

圖3為樣品s2的抗反射微納結(jié)構(gòu)的掃描電鏡圖；

圖4為樣品s3的抗反射微納結(jié)構(gòu)的掃描電鏡圖；

圖5為樣品s4的抗反射微納結(jié)構(gòu)的掃描電鏡圖；

圖6為樣品s1～s4與未經(jīng)處理的涂層的透射譜圖；

圖7為樣品s5的抗反射微納結(jié)構(gòu)的斜視掃描電鏡圖；

圖8為樣品s5的抗反射微納結(jié)構(gòu)與未經(jīng)處理的基片的透射譜圖；

圖9為樣品s6的抗反射微納結(jié)構(gòu)的斜視掃描電鏡圖；

圖10為樣品s6的抗反射微納結(jié)構(gòu)與未經(jīng)處理的涂層的透射譜圖；

圖11為樣品s7的抗反射微納結(jié)構(gòu)的斜視掃描電鏡圖；

圖12為樣品s7的抗反射微納結(jié)構(gòu)與未經(jīng)處理的基片的透射譜圖；

圖13為樣品s8的抗反射微納結(jié)構(gòu)的斜視掃描電鏡圖；

圖14為樣品s8的抗反射微納結(jié)構(gòu)與未經(jīng)處理的基片的透射譜圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供了一種在有機(jī)材料表面制備抗反射微納結(jié)構(gòu)的方法，包括以下步驟：

對(duì)有機(jī)材料進(jìn)行反應(yīng)離子刻蝕，在所述有機(jī)材料表面形成抗反射微納結(jié)構(gòu)；其中，所述反應(yīng)離子刻蝕所采用的刻蝕氣體為氧氣和惰性氣體，所述氧氣的流量為1～50sccm，惰性氣體的流量為1～100sccm，且所述氧氣和惰性氣體的流量比為1：(1～10)；所述反應(yīng)離子刻蝕的功率為10～250w。

本發(fā)明對(duì)于所述有機(jī)材料的種類沒有特殊的限定，本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的碳?xì)浠衔锛捌溲苌锞?。在本發(fā)明中，所述有機(jī)材料優(yōu)選包括交聯(lián)聚酯、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚萘二甲酸乙二醇酯(pen)、三醋酸纖維素(tac)、全氟乙烯丙烯共聚物(fep)、聚乙烯醇(pva)或聚碳酸酯(pc)。

在本發(fā)明中，所述有機(jī)材料優(yōu)選以有機(jī)物基片或有機(jī)物涂層形式進(jìn)行反應(yīng)離子刻蝕。本發(fā)明對(duì)于所述有機(jī)物基片或有機(jī)物涂層沒有特殊的限定，根據(jù)實(shí)際需要選擇有機(jī)物基片或有機(jī)物涂層即可。

在本發(fā)明中，所述有機(jī)材料在使用前優(yōu)選進(jìn)行表面清潔處理。本發(fā)明對(duì)于所述表面清潔處理的具體操作方法沒有特殊的限定，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的技術(shù)方案即可。

在本發(fā)明中，所述反應(yīng)離子刻蝕所采用的刻蝕氣體為氧氣和惰性氣體，所述惰性氣體優(yōu)選包括氬氣或氦氣。

在本發(fā)明中，所述氧氣的流量為1～50sccm，優(yōu)選為3～30sccm，更優(yōu)選為5～15sccm；所述惰性氣體的流量為1～100sccm，優(yōu)選為20～80sccm，更優(yōu)選為40～60sccm；所述氧氣和惰性氣體的流量比為1：(1～10)，優(yōu)選為1：(5～10)，更優(yōu)選為1：10；所述反應(yīng)離子刻蝕的功率為10～250w，優(yōu)選為50～200w，更優(yōu)選為70～150w。

在本發(fā)明中，所述反應(yīng)離子刻蝕優(yōu)選在工作壓強(qiáng)為0.5～200pa的條件下進(jìn)行，更優(yōu)選為5～100pa，最優(yōu)選為10～50pa。

在本發(fā)明中，所述反應(yīng)離子刻蝕的時(shí)間優(yōu)選為1～60min，更優(yōu)選為2～40min，進(jìn)一步優(yōu)選為3～20min，更進(jìn)一步優(yōu)選為4～10min。在本發(fā)明中，反應(yīng)離子刻蝕的時(shí)間會(huì)影響微納結(jié)構(gòu)的高度，刻蝕時(shí)間過長會(huì)使有機(jī)材料表面的微納結(jié)構(gòu)過大，對(duì)光產(chǎn)生散射效應(yīng)，導(dǎo)致部分光被散射掉，使透過率有所降低；且刻蝕時(shí)間過長可能會(huì)導(dǎo)致有機(jī)材料變性，而對(duì)光產(chǎn)生吸收，從而降低透過率。本發(fā)明優(yōu)選根據(jù)有機(jī)材料的種類、有機(jī)材料表面所需微納結(jié)構(gòu)的尺寸以及透過率選擇合適的刻蝕時(shí)間。

本發(fā)明對(duì)于進(jìn)行所述反應(yīng)離子刻蝕所采用的設(shè)備沒有特殊的限定，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的等離子刻蝕設(shè)備即可。本發(fā)明優(yōu)選在進(jìn)行所述反應(yīng)離子刻蝕前對(duì)所述等離子刻蝕設(shè)備進(jìn)行清洗。在本發(fā)明中，所述清洗優(yōu)選包括依次進(jìn)行的乙醇清洗和等離子體清洗；在本發(fā)明的實(shí)施例中，具體是采用乙醇對(duì)所述等離子刻蝕設(shè)備的反應(yīng)腔室進(jìn)行清洗，待乙醇完全揮發(fā)后再進(jìn)行惰性氣體和氧氣等離子體清洗，用以去除沉積在反應(yīng)腔室側(cè)壁的沉積物。

本發(fā)明基于干法刻蝕，提供了一種通過自掩模刻蝕技術(shù)在有機(jī)材料表面制備抗反射微納結(jié)構(gòu)的方法，具體的，在對(duì)有機(jī)材料進(jìn)行反應(yīng)離子刻蝕過程中，通過控制氧氣和惰性氣體的流量、二者流量的比例關(guān)系以及反應(yīng)離子刻蝕的功率，能夠使有機(jī)材料表面產(chǎn)生再沉積物(在所述反應(yīng)離子刻蝕過程中，氧離子與有機(jī)材料表面發(fā)生反應(yīng)，生成的揮發(fā)性蝕刻產(chǎn)物，如co、co2和h2o，隨著真空系統(tǒng)被抽走，剩余的不揮發(fā)性刻蝕產(chǎn)物即為再沉積物)，所述再沉積物能夠作為所述反應(yīng)離子刻蝕的微掩模，從而在有機(jī)材料表面制備出抗反射微納結(jié)構(gòu)(原理示意圖如圖1所示)。

本發(fā)明提供的方法沒有額外采用任何掩模板，僅通過控制氧氣和惰性氣體的流量、二者流量的比例關(guān)系以及反應(yīng)離子刻蝕的功率，即可實(shí)現(xiàn)在有機(jī)材料表面制備抗反射微納結(jié)構(gòu)，操作簡單、方便，成本低。

下面將結(jié)合本發(fā)明中的實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實(shí)施例1～4

按照表1中刻蝕參數(shù)，以交聯(lián)聚酯涂層作為待刻蝕樣品進(jìn)行反應(yīng)離子刻蝕，在所述待刻蝕樣品的表面形成抗反射微納結(jié)構(gòu)，分別得到樣品s1～s4；其中，在進(jìn)行所述反應(yīng)離子刻蝕前，對(duì)所述待刻蝕樣品進(jìn)行表面清潔處理，且采用乙醇對(duì)等離子刻蝕設(shè)備的反應(yīng)腔室進(jìn)行清洗，待乙醇完全揮發(fā)后再進(jìn)行氬氣和氧氣等離子體清洗，用以去除沉積在反應(yīng)腔室側(cè)壁的沉積物。

表1實(shí)施例1～4中刻蝕參數(shù)的選擇

圖2～5是所述樣品s1～s4的抗反射微納結(jié)構(gòu)的掃描電鏡圖，其中，(a)為俯視掃描電鏡圖，(b)為側(cè)視掃描電鏡圖。由圖2～5可知，樣品s1～s4的抗反射微納結(jié)構(gòu)的平均高度依次為210nm、252nm、308nm、345nm。

圖6為所述樣品s1～s4與未經(jīng)處理的涂層的透射譜圖，其中，所述抗反射效果使用lambda950分光光度計(jì)(perkinelmer)進(jìn)行測試，透射光譜的測試范圍為400～1100nm。由圖6可知，當(dāng)刻蝕時(shí)間為60s時(shí)(對(duì)應(yīng)樣品s1)，由于表面只有很小的納米點(diǎn)結(jié)構(gòu)，因而，抗反射性能一般，最高透過率為93％；刻蝕時(shí)間達(dá)到120s時(shí)(對(duì)應(yīng)樣品s2)，最高透過率接近97％；刻蝕時(shí)間為180s時(shí)(對(duì)應(yīng)樣品s3)，透過率約為99％；進(jìn)一步增加刻蝕時(shí)間到240s(對(duì)應(yīng)樣品s4)，發(fā)現(xiàn)透過率反而下降，最高透過率為97.2％。因而針對(duì)交聯(lián)聚酯而言，最佳刻蝕時(shí)間為180s。

實(shí)施例5

按照實(shí)施例1的制備方法，以聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)基片作為待刻蝕樣品進(jìn)行反應(yīng)離子刻蝕，在所述待刻蝕樣品的表面形成抗反射微納結(jié)構(gòu)，得到樣品s5；其中，刻蝕參數(shù)列于表2中。

表2實(shí)施例5中刻蝕參數(shù)的選擇

圖7為所述樣品s5的抗反射微納結(jié)構(gòu)的斜視掃描電鏡圖，由圖7可知，樣品s5表面經(jīng)刻蝕后，形成的抗反射微納結(jié)構(gòu)底部呈現(xiàn)孔型網(wǎng)狀織構(gòu)，這些孔型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)在樣品s5表面均勻分布，平均高度約為233nm。

圖8為所述樣品s5的抗反射微納結(jié)構(gòu)與未經(jīng)處理的基片的透射譜圖，由圖8可知，在400～1100nm波長范圍內(nèi)，樣品s5抗反射性能較好，最高透過率可達(dá)98.3％。

實(shí)施例6

按照實(shí)施例1的制備方法，以聚乙烯醇(pva)涂層作為待刻蝕樣品進(jìn)行反應(yīng)離子刻蝕，在所述待刻蝕樣品的表面形成抗反射微納結(jié)構(gòu)，得到樣品s6；其中，刻蝕參數(shù)列于表3中。

表3實(shí)施例6中刻蝕參數(shù)的選擇

圖9為所述樣品s6的抗反射微納結(jié)構(gòu)的斜視掃描電鏡圖，由圖9可知，樣品s6表面經(jīng)刻蝕后，形成的抗反射微納結(jié)構(gòu)均勻分布，平均高度約為169nm。

圖10為所述樣品s6的抗反射微納結(jié)構(gòu)與未經(jīng)處理的涂層的透射譜圖，由圖10可知，在400～1100nm波長范圍內(nèi)，樣品s6的抗反射性能比較好，最高透過率為96.6％。

實(shí)施例7

按照實(shí)施例1的制備方法，以全氟乙烯丙烯共聚物(fep)基片作為待刻蝕樣品進(jìn)行反應(yīng)離子刻蝕，在所述待刻蝕樣品的表面形成抗反射微納結(jié)構(gòu)，得到樣品s7；其中，刻蝕參數(shù)列于表4中。

表4實(shí)施例7中刻蝕參數(shù)的選擇

圖11為所述樣品s7的抗反射微納結(jié)構(gòu)的斜視掃描電鏡圖，由圖11可知，樣品s7表面經(jīng)刻蝕后，形成了一些細(xì)小的納米小柱體，平均高度約為107nm。

圖12為所述樣品s7的抗反射微納結(jié)構(gòu)與未經(jīng)處理的基片的透射譜圖，由圖12可知，在400～1100nm波長范圍內(nèi)，樣品s7的抗反射性能比較好，最高透過率為96.4％。

實(shí)施例8

按照實(shí)施例1的制備方法，以聚碳酸酯(pc)基片作為待刻蝕樣品進(jìn)行反應(yīng)離子刻蝕，在所述待刻蝕樣品的表面形成抗反射微納結(jié)構(gòu)，得到樣品s8；其中，刻蝕參數(shù)列于表5中。

表5實(shí)施例8中刻蝕參數(shù)的選擇

圖13為所述樣品s8的抗反射微納結(jié)構(gòu)的斜視掃描電鏡圖，由圖13可知，樣品s8表面經(jīng)刻蝕后，形成的抗反射結(jié)構(gòu)輪廓比較明顯，平均高度約為187nm。

圖14為所述樣品s8的抗反射微納結(jié)構(gòu)與未經(jīng)處理的基片的透射譜圖，由圖14可知，在400～1100nm波長范圍內(nèi)，樣品s8的抗反射性能比較好，最高透過率為97.3％。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。