[发明专利]一种黑色吸光薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光学技术领域，具体涉及一种黑色吸光薄膜及其制备方法。

背景技术

黑色吸光表面实际工程应用广泛，例如提高热探测器的吸收，减少光学系统中杂散光的影响，调整表面辐射率，等等。但现有技术存在工艺操作复杂、针对特殊基底材料等缺点。常用电化学方法处理金属基板得到黑色吸光表面，将金属基板放入含有磷酸的溶液中进行阳极氧化，金属基板的表面会生成一层多孔氧化物，然后将金属基板放入金属盐溶液中，电解沉积反应在孔的底部沉积金属颗粒，这种薄膜的光吸收率可以达到90％以上，但是该方法产生的废液须经过处理后才能排放，否则会对环境造成严重污染。在铝或铜表面无电沉积镍-磷合金后利用化学腐蚀方法形成多孔结构，可将反射率降低至0.4％。此外，又发现碳纳米管阵列的折射率与空气相接近，能有效地降低界面处折射率的差值而降低反射。通过水辅助化学气相沉积方法制备的由低密度竖直多壁碳纳米管阵列构成的薄膜，反射率低于0.045％。但化学气相沉积方法对真空设备的要求较高，还需要高温处理。近年来，人们还提出用电子束曝光等纳米制造技术制备贵金属纳米结构超材料来实现吸光表面。

上述黑色吸光薄膜制备技术存在生产成本高、工艺操作复杂、或是依赖特定的基底材料如特定的金属或耐高温材料等缺点，用简单、可重复的方法制备不依赖特定基底材料的黑色吸光薄膜具有现实意义。

发明内容

为了克服现有技术的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种黑色吸光薄膜的制备方法。

本发明的另一目的在于提供由上述制备方法制备得到的黑色吸光薄膜。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种黑色吸光薄膜的制备方法，包括以下具体步骤：

(1)采用金属或聚合物复制含锥尖阵列的模板并剥离，得到锥尖阵列金属基底或锥尖阵列聚合物基底；

(2)采用磁控溅射的方法，在锥尖阵列金属基底或锥尖阵列聚合物基底上依次溅射铁薄膜和保护层，得到黑色吸光薄膜，所述黑色吸光薄膜的厚度为0.1～2mm。

步骤(1)所述含锥尖阵列的模板中锥形孔的深度与锥形孔的开口宽度之比(深宽比)大于等于1.0，锥形孔为周期性或准周期性排列，锥形孔的开口宽度即为排列周期，排列周期为0.5微米～10微米。

步骤(1)中所述含锥尖阵列的模板为采用阳极氧化法制备的多孔硅模板或多孔氧化铝模板；或者采用等离子刻蚀、聚焦离子束刻蚀、激光烧蚀、机械钻孔或机械冲压方法在半导体晶片、玻璃以及金属等材料的基片上加工成具有周期结构的模板。

步骤(1)中所述锥尖阵列金属基底的制备方法，具体包括以下步骤：

a、采用旋涂法在含锥尖阵列的模板表面涂覆一层隔离层；

b、采用溅射的方法，在涂有隔离层的模板上溅射一层金属作为电镀的工作电极；

c、采用恒流电镀的方法在溅射有金属层的模板表面沉积一层金属；

d、去除或剥离隔离层后，金属层脱离模板，得到锥尖阵列金属基底。

步骤a中所述隔离层的厚度为50～100nm；

所述隔离层材料为光刻胶、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或防粘剂；当隔离层材料为聚甲基丙烯酸甲酯时，旋涂法中聚甲基丙烯酸甲酯溶液的质量浓度为1～10％。

所述防粘剂为长链氯硅烷类材料，优选为1H,1H,2H,2H-全氟辛基三氯硅烷或十八烷基三氯硅烷。

步骤a中所述旋涂法中旋涂转速为3000～6000r/min，旋涂时间为30～60s。

步骤b中所述溅射金属层的厚度为20～50nm；所述金属层为铂，金，银或

镍。

步骤c中所述沉积金属层的厚度为0.1～1mm，沉积的金属为镍或铜。

步骤d中去除隔离层的方法为采用能溶解聚甲基丙烯酸甲酯的有机溶剂去除聚甲基丙烯酸甲酯即隔离层或者用丙酮溶解光刻胶去除光刻胶即隔离层。

步骤d中所述金属层为步骤b中溅射金属层和步骤c中沉积金属层。

步骤(1)中所述锥尖阵列聚合物基底的制备方法，具体包括以下步骤：

①采用浸泡或旋涂法在含锥尖阵列的模板表面自组装形成一层单分子膜即防粘层；

②将含有聚合物预聚体以及固化剂的混合物或者聚合物溶液，旋涂或直接浇注在模板上；

③聚合物固化后剥离，得到具有锥尖阵列的聚合物基底，聚合物基底的厚度为0.1～2mm。

步骤①中防粘层为六甲基二硅胺(HMDS)或长链氯硅烷类防粘剂，所述长链氯硅烷类防粘剂为1H,1H,2H,2H-全氟辛基三氯硅烷或十八烷基三氯硅烷。