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基于仿生蛾眼结构制备减反射微晶玻璃

表面技术 2024年第18期53卷 183-191页

作者：胡伟尹勇明郝霞孟鸿北京大学深圳研究生院新材料学院广东深圳518000 深圳北理莫斯科大学广东深圳518000 海南海控特玻科技有限公司海南澄迈571925

目的采用湿法刻蚀制备减反射微晶玻璃,分析晶化时间对透过率、反射率和形貌的影响。方法通过熔融法制备得到基础玻璃,调整晶化时间制备得到一系列不同晶粒尺寸(12.2~27.4nm)的微晶玻璃,将制备得到的基础玻璃及不同晶粒尺寸的微晶玻璃放... 详细信息

目的采用湿法刻蚀制备减反射微晶玻璃,分析晶化时间对透过率、反射率和形貌的影响。方法通过熔融法制备得到基础玻璃,调整晶化时间制备得到一系列不同晶粒尺寸(12.2~27.4nm)的微晶玻璃,将制备得到的基础玻璃及不同晶粒尺寸的微晶玻璃放置在配制好的5%(质量分数)HF、2%(质量分数)SiO_(2)、1.5%(质量分数)BaSO_(4)、2%(质量分数)羧甲基纤维素钠、89.5%(质量分数)H_(2)O的刻蚀液中,在25℃条件下,以40 kHz的超声频率双面蚀刻60 min,通过分光光度计测试刻蚀前后样品的透过率和反射率,利用扫描电子显微镜对刻蚀前后样品的表面和断面形貌进行表征。结果基础玻璃在500℃核化230 min,665℃晶化135 min后,制备得到微晶玻璃的晶粒尺寸约为25.1 nm,进一步经过湿法刻蚀后,刻蚀深度约为150 nm,蛾眼玻璃透过率最高为98.02%。结论微晶玻璃经过湿法刻蚀后增透效果明显,对X射线衍射(XRD)、掠入射X射线衍射(GIXRD)、扫描电子显微镜(SEM)的测试结果进行分析可知,微晶玻璃中存在晶体相和残余玻璃相,经过酸蚀处理后,表面能形成以透锂长石晶体和二硅酸锂晶体均匀分布的蛾眼结构,晶体尺寸为12.2~27.4 nm的微晶玻璃进行湿法刻蚀后透过率分布在95.99%~98.02%。

关键词：微晶玻璃湿法刻蚀蛾眼结构晶粒大小透过率晶化工艺

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均匀与混合蛾眼结构减反射性能的模拟

光学学报 2019年第4期39卷 334-339页

作者：惠爽谋花银群李志宝江苏大学材料科学与工程学院江苏镇江212013 江苏大学机械工程学院江苏镇江212013

采用时域有限差分法,对均匀蛾眼结构(UMS)和双混合蛾眼结构(BHMS)进行仿真,分析底面直径和高度对反射率的影响规律,比较了UMS与BHMS的减反射性能。基于反射率曲线和电场强度分布,分析了BHMS优异的减反射性能。结果表明:在300～1200 nm波... 详细信息

采用时域有限差分法,对均匀蛾眼结构(UMS)和双混合蛾眼结构(BHMS)进行仿真,分析底面直径和高度对反射率的影响规律,比较了UMS与BHMS的减反射性能。基于反射率曲线和电场强度分布,分析了BHMS优异的减反射性能。结果表明:在300～1200 nm波段,UMS的反射率随着高度的增大而减小,随着底面直径的增大而先减小后增大;当底部直径为250 nm时,由不同高度的UMS组成的BHMS的平均反射率大于相应UMS的最小平均反射率;由不同底面直径UMS组成的BHMS的减反射性能可以进一步提升。

关键词：材料减反射蛾眼结构平均反射率

聚合物表面纳米蛾眼结构的紫外压印制备工艺及抗反射性能

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高分子材料科学与工程 2017年第8期33卷 90-95页

作者：武敬华吴大鸣刘颖许红王琦江冲北京化工大学机电工程学院高分子材料加工装备教育部工程研究中心北京100029

利用滚对平板(RTP)紫外纳米压印工艺在聚合物薄膜表面成功制备出大面积蛾眼纳米结构。通过原子力显微镜观测,可以看出蛾眼纳米结构在聚合物表面排布比较规整,呈乳状凸起阵列排布。蛾眼结构波峰高度复制率可以达到95.2%,表面微结构填充完... 详细信息

利用滚对平板(RTP)紫外纳米压印工艺在聚合物薄膜表面成功制备出大面积蛾眼纳米结构。通过原子力显微镜观测,可以看出蛾眼纳米结构在聚合物表面排布比较规整,呈乳状凸起阵列排布。蛾眼结构波峰高度复制率可以达到95.2%,表面微结构填充完整,复制效果良好。与单层镀膜(AR-coating)抗反射材料相比,抗反射蛾眼结构反射率测试结果在可见光波段(380~760nm)反射率平均降到3%。视角在110°左右可见光平均反射率为7%。

关键词：紫外压印蛾眼结构抗反射聚合物视角

100nm周期蛾眼结构制备及其表面拉曼增强性能

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真空科学与技术学报 2016年第5期36卷 602-606页

作者：朱郑乔若魏本猛桑艾霞廖艳林葛良进王旭迪合肥工业大学真空与过程装备系合肥230009 安徽大学物理与材料科学系合肥230009

以多孔氧化铝(AAO)为模板,基于聚氨酯丙烯酸酯(PUA)在紫外曝光前后的表面能变化的特性,利用逆紫外固化纳米压印技术实现纳米蛾眼结构复制成型。分析图形复制过程中界面间的粘附功差异,根据红外光谱对C=C双键的转化速度来表征PUA的固化... 详细信息

以多孔氧化铝(AAO)为模板,基于聚氨酯丙烯酸酯(PUA)在紫外曝光前后的表面能变化的特性,利用逆紫外固化纳米压印技术实现纳米蛾眼结构复制成型。分析图形复制过程中界面间的粘附功差异,根据红外光谱对C=C双键的转化速度来表征PUA的固化程度进而优化制作工艺,在柔性聚对苯二甲酸乙二酯薄膜表面制备出周期为100 nm的PUA大面积高深宽比柱状纳米结构阵列。利用具有蛾眼纳米结构的银金属薄膜,进行表面拉曼增强特性实验,得到了葡萄糖分子的表面增强拉曼散射效应。

关键词：蛾眼结构紫外固化纳米压印表面能表面增强拉曼散射

聚氨酯丙烯酸酯（PUA）蛾眼结构的制备及其性能研究

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聚氨酯丙烯酸酯（PUA）蛾眼结构的制备及其性能研究

作者：桑艾霞合肥工业大学

学位级别：硕士

蛾眼结构是高深宽比纳米结构阵列,具有良好的光学减反和超疏水特性,在显示技术、仿生等领域有广泛的应用前景。本文以聚氨酯丙烯酸酯(PUA)为复制材料浇铸到多孔氧化铝(AAO)模板上,通过表面改性和紫外固化实现PUA蛾眼结构在聚对苯二甲酸... 详细信息

蛾眼结构是高深宽比纳米结构阵列,具有良好的光学减反和超疏水特性,在显示技术、仿生等领域有广泛的应用前景。本文以聚氨酯丙烯酸酯(PUA)为复制材料浇铸到多孔氧化铝(AAO)模板上,通过表面改性和紫外固化实现PUA蛾眼结构在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜上成功转印,测试PUA蛾眼结构的增透和超疏水特性,并讨论其在葡萄糖检测和纳米压印等方面的应用。具体如下：(1)工艺优化与结构特性。分析计算表面改性对AAO模板/PUA/PET三者之间粘附能差异的影响,用C=C双键的转换程度来表征PUA的固化程度,从而优化紫外固化复制工艺,解决了高深宽比纳米结构大面积复制中出现的断裂倒伏等问题。PUA蛾眼结构可等效于由多层不同折射率光学减反膜叠加,测试其透射率较无图形PET薄膜有显著提高;分析超疏水机理,对制备的蛾眼结构用DC2634溶液改性后,测得其与水的接触角大于150°,表明低表面能和高深宽比纳米结构有利于获得超疏水表面。(2)PUA蛾眼结构应用。在PUA蛾眼结构上镀银作为表面增强拉曼散射(SERS)基底,进行表面增强拉曼特性实验,得到了葡萄糖分子的SERS效应;以200nm周期的PUA蛾眼结构作为纳米压印的模板压印聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)复制蛾眼结构,分析膜厚、压印温度和压力等关键因素对压印结构的影响,成功制备PMMA蛾眼结构。本文对于大面积蛾眼结构的制作及开拓其在光学增透、生物检测等领域的应用具有一定的理论意义和工程价值。

关键词：蛾眼结构 PUA 超疏水 SERS

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银镜反应制备纳米蛾眼减反结构法

光子学报 2014年第7期43卷 178-183页

作者：董晓轩申溯陈林森苏州大学信息光学工程研究所江苏苏州215006

为了降低光学表面的菲涅耳反射,提出了一种制备仿生减反结构的方法.利用银镜反应并结合退火处理在硬性材质基底表面制备银纳米粒子,经反应离子刻蚀工艺,在基底表面形成一层纳米蛾眼减反结构.分析了周期分布和随机分布纳米蛾眼的光学特性... 详细信息

为了降低光学表面的菲涅耳反射,提出了一种制备仿生减反结构的方法.利用银镜反应并结合退火处理在硬性材质基底表面制备银纳米粒子,经反应离子刻蚀工艺,在基底表面形成一层纳米蛾眼减反结构.分析了周期分布和随机分布纳米蛾眼的光学特性,实验研究了退火参量和刻蚀参量对银纳米颗粒直径、密度以及高度的影响,并在硅和石英基底上分别制备了随机减反结构.测试结果表明:硅基平均反射率小于4.5%,双面石英基透过率达98.1%.理论和实验均表明:随机分布的纳米仿生蛾眼结构具有宽光谱、广视角和高减反特性,所提出的制备方法具有简便易行、低成本、大幅面等优点,在光电器件中具有良好的潜在应用前景.

关键词：减反结构蛾眼结构银镜反应反应离子刻蚀反射率

复合周期与混合结构的“蛾眼”减反射光学超表面的研究

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复合周期与混合结构的“蛾眼”减反射光学超表面的研究

作者：沈思彤长春理工大学

学位级别：硕士

具有减反射效果的光学超表面已经成为当前研究的热点问题。传统的“蛾眼”结构表面能够在限定较短波长范围内实现减反增透效果,大幅提高表面的抗反射能力。然而单一结构下的减反射效果有限,不能够实现在红外超宽谱段范围内的全波段减反... 详细信息

具有减反射效果的光学超表面已经成为当前研究的热点问题。传统的“蛾眼”结构表面能够在限定较短波长范围内实现减反增透效果,大幅提高表面的抗反射能力。然而单一结构下的减反射效果有限,不能够实现在红外超宽谱段范围内的全波段减反射。所以急需一种新颖微纳结构在宽谱红外波段起到更为高效的减反作用。所以本文针对复合周期和混合结构的“蛾眼”减反射光学超表面的设计与制备工艺展开了以下研究。论文首先针对具有复合周期及混合结构的新颖超表面的发展现状进行了研究及讨论,分析了微纳结构与膜系结构结合的混合结构以及不同尺寸微纳结构进行嵌套、叠加的复合周期混合结构,对减反射超表面的理论仿真、工艺制备及实际应用进行了深入的调研。利用FDTD和FMM理论分析,将两种方法结合建立了离散化的嵌套式及多级式复合周期混合结构的理论模型。讨论了并分析了复合周期和混合结构超表面的反射率影响因素,从而达到在宽波段范围内能够实现的反射率最低值。在理论设计仿真模拟的基础上,制定了嵌套式复合周期和混合结构的“蛾眼”减反射超表面的制备工艺并进行了实际加工。提出了一种新型的适用于微球粒径范围更大的变角度垂直沉降法自组装技术,并提出了一种结构模型指导掩膜自组装实验的样品配比计算方法,能够进行简单的掩模模型预测。提出了一种单一掩模材料加工复合周期结构,不同周期结构深度反向变化的加工方法,制备出了具有一定高度差异的嵌套式复合周期混合结构“蛾眼”超表面。经测量得出在嵌套式复合周期混合结构“蛾眼”超表面中,不同直径的微球混合比影响表面的最终反射率。最后在嵌套式复合周期和混合结构的“蛾眼”减反射超表面测量结果的基础上提出了制备工艺的改进方法,完善加工结果,为“蛾眼”光学超表面提供了一种新的思路。

关键词：复合周期混合结构蛾眼结构减反射时域差分有限元法(FDTD) 傅立叶模态法(FMM) PS微球掩模 ICP刻蚀

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双周期嵌套微结构表面的抗反射特性

红外与激光工程 2019年第5期48卷 272-277页

作者：沈思彤李岩付跃刚欧阳名钊长春理工大学光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室吉林长春130022 长春理工大学光电工程学院吉林长春130022 长春理工大学科学技术处吉林长春130022

为提高红外材料光学表面的抗反射能力,设计了一种具有双周期嵌套式结构抗反射超表面。通过分析在双周期嵌套式结构周围的介电常数ε变化情况,仿真模拟得到反射率。重点分析了当微纳结构发生变化时这种嵌套结构与单一结构表面抗反射特性... 详细信息

为提高红外材料光学表面的抗反射能力,设计了一种具有双周期嵌套式结构抗反射超表面。通过分析在双周期嵌套式结构周围的介电常数ε变化情况,仿真模拟得到反射率。重点分析了当微纳结构发生变化时这种嵌套结构与单一结构表面抗反射特性的差别。通过改变嵌套结构表面占空比、顶底端直径比以及长径比等参数仿真模拟,对抗反射特性进行分析,最终优化出的结构在2.4～12μm的超宽波长范围内反射率均低于3.5%,在中长波实用波段范围内平均反射率低于1%。这种结构有效地保护了微结构形貌不被破坏,实现了单一结构抗反射特性效果的叠加,进一步降低了元件表面的反射率,可以作为一种新型的减反增透表面应用于红外窗口。

关键词：双周期嵌套式结构蛾眼结构抗反射超宽谱段矢量衍射理论

硅基电池表面微结构的减反射/陷光性能的模拟

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硅基电池表面微结构的减反射/陷光性能的模拟

作者：惠爽谋江苏大学

学位级别：硕士

随着可再生能源的快速发展,光伏发电将会是未来发展研究的重点方向之一,太阳能电池作为光伏发电的核心部分,其光电转化效率是光伏发电技术发展的重要因素。而表面微结构可以有效降低入射光在太阳能电池表面的反射,减少光学损失,从而提... 详细信息

随着可再生能源的快速发展,光伏发电将会是未来发展研究的重点方向之一,太阳能电池作为光伏发电的核心部分,其光电转化效率是光伏发电技术发展的重要因素。而表面微结构可以有效降低入射光在太阳能电池表面的反射,减少光学损失,从而提高电池的转换效率。本文以蛾眼结构、四棱锥结构、圆柱结构为对象,首先研究了三种均匀结构宽波段的减反射性能,其次在均匀结构的基础上,研究了双混合及多混合结构的宽波段减反射性能,最后研究了基于超薄晶硅电池前表面和背表面的均匀与混合结构的减反射和陷光性能,具体内容如下:1、通过时域有限差分法,对基于无限厚度体硅的均匀蛾眼结构、均匀四棱锥、均匀圆柱结构进行了模拟,分析了结构参数对反射率的影响规律。结果表明:在300200 nm波段,对于均匀蛾眼结构(均匀四棱锥结构)而言,当底面直径(底面宽度)不变时,随着高度的增大,其平均反射率不断变小;当高度不变且不小于100 nm时,随着底面直径(底面宽度)不断增大,其平均反射率先减小后增大;均匀蛾眼结构和均匀四棱锥结构最佳的平均反射率均可以低于1%,而均匀圆柱结构的减反射性能较差。2、在均匀结构基础上,首先,对基于无限厚度体硅的双混合结构进行了模拟,并比较了双混合结构与均匀结构的减反射性能,并从反射率曲线和电场强度分布阐释了双混合结构优异的减反射性能,其次,在减反射性能提高的双混合结构基础上,对三混合结构和四混合结构进行了模拟。结果表明:相比较均匀结构,三种双混合结构在300200 nm及400100 nm波段的平均反射率可以更低,减反射性能提高;在双混合结构的基础上,三混合蛾眼结构和三混合四棱锥结构在400100 nm波段的平均反射率可以更低,减反射性能提高。3、在超薄晶硅太阳能电池的基础上,对双表面的均匀与混合结构进行了模拟。结果表明:三种双表面均匀结构均有较好的减反射和陷光性能,其中,双表面均匀蛾眼结构能实现最佳短路电流密度为28.37 mA/cm;在双表面均匀结构的基础上,三种双混合结构对应的短路电流密度可以更高;在双表面的双混合结构的基础上,三混合蛾眼结构和三混合四棱锥结构对应的短路电流密度可以更高;双混合和三混合结构可以实现更好的减反射和陷光性能。

关键词：蛾眼结构四棱锥结构圆柱结构平均反射率短路电流密度