[发明专利]一种宽波段多层防反射薄膜及其制备方法

说明书

（一）技术领域

本发明涉及一种宽波段多层防反射薄膜及其制备方法。

（二）背景技术

由于单层防反射膜仅在特定的入射角和较窄的波长范围内可有效地降少反射光，在一定的波长范围内反射率成V型分布，从而大大降低了其使用效果和应用范围。为提高防反射膜的光学性能和工业应用价值，使防反射膜在更宽的波长范围内均可有效降低光的反射率，宽波长多层防反射膜已成为材料和光学领域中的研究热点之一。

多层防反射薄膜是由一组厚度和折光指数梯度变化的单层防反射薄膜构成，当光学元件表面涂有多层防反射薄膜以后，可以通过改变每一层防反射薄膜的厚度和折光指数，得到在指定的波长上具有一定光学特性的防反射薄膜，使光学元件在较宽的波长范围内都具有较高的透光率等，在太阳能电池、液晶显示器、数码相机镜头和光学元件等领域中有重要的应用价值和发展前景。例如，由于太阳光在近红外区域内（800-2000nm）仍有较高的入射强度，当太阳能电池表面涂覆多层防反射薄膜后，可以有效增加太阳能电池对入射光的吸收率，从而提高太阳能电池的光电转化效率。

目前宽波长防反射膜从制备原理上可分为两种：一是利用光的干涉原理制备干涉型多层防反射膜；另外一种是运用仿生学，制备类似“蛾眼”结构的宽波长防反射膜。常见的制备方法有蚀刻法、微相分离法、溶胶凝胶法、光刻法和层层自组装法等。但由于对低折光指数的严格要求和制备工艺条件的限制，目前制备宽波长多层防反射膜存在的关键问题是制备工艺复杂，操作条件苛刻，各层防反射薄膜的厚度和折光指数难以精确调控。

当纳米中空粒子的空腔体积的直径小于100nm时，由纳米中空粒子所组成的薄膜是透明的，且纳米中空粒子的空腔体积可有效降低薄膜的折光指数，从而可形成低折光指数的多孔薄膜。本发明采用纳米中空粒子制备折光指数梯度变化的宽波长多层防反射膜，各层薄膜的折光指数从基材到入射介质由大到小梯度变化，而相应的薄膜厚度则逐渐变大。根据Lorentz-lorenz方程，多孔薄膜的折光指数取决于其孔隙率，而薄膜的孔隙率与纳米中空粒子的空腔体积分率成正比，故由不同结构的纳米中空粒子可组成折光指数梯度变化的多层防反射薄膜。由于多层防反射膜中各层薄膜的折光指数和厚度与纳米中空粒子的空腔体积分率和粒径相对应，通过调节聚合物粒子的空腔体积分率和粒径就可实现对多层宽波长防反射膜中每层膜的折光指数和厚度的精确调控。此外，本发明采用自组装工艺简单环保，从而可有效的克服目前制备多层防反射薄膜所存在的工艺复杂和操作条件苛刻的问题。

（三）发明内容

本发明的目的是针对目前多层防反射薄膜所存在的制备工艺复杂、操作条件苛刻以及膜厚和折光指数难以精确调控的问题，提供一种由纳米中空粒子组成的宽波段多层防反射薄膜，通过调节纳米中空粒子的空腔体积分率和粒径就可方便有效对宽波长多层防反射膜中每层薄膜的折光指数和厚度进行精确调控，且其制备工艺简单环保、成本低。

为了达到本发明目的，本发明采用的技术方案是：

一种运用纳米中空粒子制备宽波段多层防反射薄膜的方法，所述方法为：根据每层防反射薄膜厚度和折光指数的要求制备空腔体积分率和粒径与其相匹配的纳米中空粒子，并通过超声分散形成相应的纳米中空粒子的水分散液，依次在基材上经过自组装、干燥即可得到具有折光指数梯度变化的双层或三层防反射膜。

具体的，本发明所述的由纳米中空粒子组成的双层防反射薄膜的制备方法包括如下步骤：

（1）将基材放入质量分数3～5%的氢氧化钠水溶液中超声波处理20～30分钟，再用去离子水清洗，此时基材表面已羟基化带上负电荷，得到经过预处理的基材，然后将经过预处理的基材浸没入质量分数为1～3%的聚阳离子水溶液中，浸渍10-30分钟后取出，用去离子水清洗，使基材表面带上均匀的正电荷；得到表面带正电荷的基材；

（2）将空腔体积分率为0.15-0.23、粒径为90-120nm的纳米中空粒子A超声分散在去离子水中，配制成质量百分比浓度为1%-3%的分散液A，pH值为2.5～6（优选pH值为3），将步骤（1）中表面带正电荷的基材浸入分散液A中浸渍10-30分钟后取出用，去离子水清洗，并在100～150℃下干燥10～30分钟，即可在基材双面自组装形成折光指数为1.28～1.42，单层厚度为85-118nm的第一层薄膜，得到涂有第一层薄膜的基材；

（3）将步骤（2）中涂有第一层薄膜的基材再次浸入质量分数为1～3%的聚阳离子水溶液中，浸渍10-30分钟后取出，用去离子水清洗，使第一层薄膜的表面带上均匀的正电荷，得到表面带正电荷的涂有第一层薄膜的基材；