一种蓝宝石表面仿生抗反射微纳结构的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种蓝宝石表面仿生抗反射微纳结构的制备方法，包括依次执行如下步骤：第1步骤：将透明生物翅膀浸入PMMA溶液中浸泡，使PMMA充分渗入透明生物翅膀表面结构中；然后将浸泡PMMA后的透明生物翅膀放置于载玻片之上并烘干，使PMMA固化；第2步骤：将PMMA固化后的载玻片取出，将透明生物翅膀从该载玻片上剥离，得到孔状的仿生反结构；第3步骤：将表面覆盖PMMA仿生反结构的载玻片放置于氧化铝溶胶中，使氧化铝溶胶渗入仿生反结构中。本发明专利技术的有益效果是：1.有效提升样品的透明度，突破了之前研究使用有机物仿生结构，大大提高整体样品的稳定性，拓宽了材料的使用温度范围；2.制备工艺简单，显著降低制备成本。

A preparation method of biomimetic anti-reflection Micro-Nanostructures on sapphire surface

【技术实现步骤摘要】
一种蓝宝石表面仿生抗反射微纳结构的制备方法
本专利技术涉及光学窗口
，尤其涉及一种蓝宝石表面仿生抗反射微纳结构的制备方法。
技术介绍
蓝宝石材料因其硬度高、透光率良好、抗辐射等优点，是光学窗口、光电器件及平面显示的重要候选材料。然而，蓝宝石折射率较大，尚不能满足对其透过率日益提高的要求。目前常采用镀膜的方法可以提高蓝宝石的透过率，但膜层材料与蓝宝石之间存在折射率匹配以及生长时热失配问题，限制了该方法的实际应用。目前有研究结合纳米压印与干法刻蚀技术，在蓝宝石基底上制备了周期性的二氧化硅模板，其制备流程首先采用纳米压印法制备周期性的光刻胶阵列，再在图形光刻胶上沉积金属Cr，得到金属Cr模板；然后采用RIE干法刻蚀技术制备二氧化硅掩模，再以ICP干法刻蚀对蓝宝石基底刻蚀，最终制备出蓝宝石纳米锥阵列。该方法虽然可行，但模板制备过程较为复杂。受自然界的启发，采用生物体本身作为模板制备仿生抗反射结构也是目前研究的热点。该方法常用的技术手段有溶液浸渍法、压印法，其中压印法主要是通过纳米压印的手段，采用电子束刻蚀方法制备表面图案化的模板，再利用光刻胶制备掩模，最终制备所需的图案；而溶液浸渍法的基本原理，是利用溶胶颗粒渗透进生物体内部，通过煅烧或者酸浸泡的方法去除生物模板，从而得到仿生反结构的抗反射结构。与压印法对仪器的较高要求相比，制备工艺简单易操作。近年来有相关研究以近似透明的透明生物翅膀为模板，在其表面镀制一层具有反结构的Au薄膜，再以此为模板，制备出与透明生物翅膀表面结构相同的柱状PMMA阵列。然而，该方法并没有提出将柱状PMMA图案转移到基底上的方法，这在一定程度上限制了其实际的应用。目前所制备的仿生结构以仿生反结构为主；一些研究采用两步法制备了高分子材料的仿生正结构，但是高分子材料强度较低，力学性能差，难以满足蓝宝石的实际使用要求。此外，目前应用在本领域中对蓝宝石表面进行结构制造的技术主要是纳米压印、光刻、反应离子刻蚀等方法；但是这些方法对设备要求高，操作复杂，成本也相对较高。
技术实现思路
本专利技术提供了一种蓝宝石表面仿生抗反射微纳结构的制备方法，包括依次执行如下步骤：第1步骤：将透明生物翅膀浸入PMMA溶液中浸泡，使PMMA充分渗入透明生物翅膀表面结构中；然后将浸泡PMMA后的透明生物翅膀放置于载玻片之上并烘干，使PMMA固化；第2步骤：将PMMA固化后的载玻片取出，将透明生物翅膀从该载玻片上剥离，得到孔状的仿生反结构；第3步骤：先将第2步骤中得到的表面覆盖PMMA仿生反结构的载玻片放置于氧化铝溶胶中，使氧化铝溶胶渗入仿生反结构中；然后将经亲水处理后的蓝宝石衬底放置在载玻片上，形成第一样品，将第一样品烘干，使氧化铝溶胶初步成型；第4步骤：将第3步骤烘干的第一样品放置于丙酮溶液中，待PMMA溶解后，取出第一样品上的载玻片，取出载玻片后的第一样品构成第二样品，然后烘干第二样品；第5步骤：将第二样品放置马弗炉中进行两步退火热处理，从而得到具有表面微纳结构的单晶氧化铝，提高蓝宝石的透过率。作为本专利技术的进一步改进，在所述第1步骤中，所述PMMA溶液的制备方法具体如下：将质量分数为4％～10％的PMMA固体颗粒浸泡在冰醋酸溶液中，待颗粒充分溶解后，得到PMMA溶液。作为本专利技术的进一步改进，在所述第1步骤中，将浸泡PMMA溶液后的透明生物翅膀放置于载玻片之上并烘干，烘干温度为80～120℃，保温1～3h使PMMA固化。作为本专利技术的进一步改进，在所述第3步骤中，所述载玻片放置于质量分数为5～10％的氧化铝溶胶中，将第一样品升温至160～200℃，烘干1～3h。作为本专利技术的进一步改进，在所述第5步骤中，所述的两步退火热处理，包括依次执行如下步骤：S1：首先进行低温热处理，即在500～700℃，保温4～8h；S2：然后，再进行高温热处理，即在800～1000℃时保温1～6h，从而得到表面具有微纳结构的氧化铝单晶薄膜。作为本专利技术的进一步改进，在执行所述第1步骤前还包括执行以下步骤：清洗步骤：将透明生物翅膀清洗干净，清洗完后烘干待用；亲水处理步骤：将蓝宝石放置于浓硫酸和双氧水混合液中加热，用去离子水缓慢冲洗干净，形成亲水处理后的蓝宝石衬底，然后将亲水处理后的蓝宝石衬底烘干备用。作为本专利技术的进一步改进，在所述清洗步骤中，所述透明生物翅膀用清洗剂清洗干净，所述清洗剂包含常用有机溶剂丙酮、乙醇以及无机清洗剂；所述清洗步骤、所述亲水处理步骤中的烘干为使用烘箱烘干或加热台加热。作为本专利技术的进一步改进，在所述亲水处理步骤中，将蓝宝石放置于温度为70～100℃的浓硫酸和双氧水混合液中加热0.5～3h。作为本专利技术的进一步改进，在所述第1步骤中，所述使PMMA充分渗入透明生物翅膀表面结构中，采用真空、超声方法辅助。作为本专利技术的进一步改进，在所述第3步骤中，为了使氧化铝溶胶充分渗入PMMA结构中，采用真空、超声方法辅助。本专利技术的有益效果是：1.采用本专利技术方法制作的蓝宝石表面仿生抗反射微纳结构，将有效提升样品的透明度，并且突破了之前研究使用有机物仿生结构，从而大大提高了整体样品的稳定性，拓宽了材料的使用温度范围；2.本专利技术制备工艺简单，能显著降低制备成本；3.采用本专利技术方法所制备的蓝宝石表面微纳结构，较均匀有序，在可见光和中红外波段具有明显的抗反射增透效果。附图说明图1是本专利技术所采用的制备工艺过程示意图；图2是本专利技术所使用的蝉翅表面SEM图；图3是本专利技术所制备的PMMA反结构表面SEM图；图4是本专利技术所制备的表面具有微纳结构的蓝宝石表面SEM图；图5是本专利技术所使用的蝉翅的断面SEM图；图6是本专利技术所制备的表面具有微纳结构的蓝宝石断面SEM图；图7是本专利技术使用的蓝宝石基底和所制备的表面具有微纳结构的蓝宝石的透过率对比图。具体实施方式如图1所示，本专利技术公开了一种蓝宝石表面仿生抗反射微纳结构的制备方法，作为实施例1，该制备方法包括依次执行如下步骤：第1步骤：将透明生物翅膀浸入PMMA溶液中浸泡，使PMMA充分渗入透明生物翅膀表面结构中；然后将浸泡PMMA后的透明生物翅膀放置于载玻片之上并烘干，使PMMA固化；第2步骤：将PMMA固化后的载玻片取出，将透明生物翅膀从该载玻片上剥离，得到孔状的仿生反结构；第3步骤：先将第2步骤中得到的表面覆盖PMMA仿生反结构的载玻片放置于氧化铝溶胶中，使氧化铝溶胶渗入仿生反结构中；然后将经亲水处理后的蓝宝石衬底放置在载玻片上，形成第一样品，将样品烘干，使氧化铝溶胶初步成型；第4步骤：将第3步骤烘干的第一样品放置于丙酮溶液中，待PMMA溶解后，取出第一样品上的载玻片，取出载玻片后的第一样品构成第二样品，然后烘干第二样品；第5步骤：将第二样品进行两步退火热处理，从而得到具有表面微纳结构的单晶氧化铝，提高蓝宝石的透过率。PMMA为聚甲基丙烯酸甲酯。实施例2是在实施例1的基础上进一步改进，实施例2如下：在所述第1步骤中，所述PMMA溶液的制备方法具体如下：将质量分数为4％～10％的PMMA固体颗粒浸泡在冰醋酸溶液中，待颗粒充分溶解后，得到PMMA溶液。在所述第1步骤中，将浸泡PMMA溶液后的透明生物翅膀放置于载玻片之上并烘干，烘干温度为80～120℃，保温1～3h使PMMA固化。在所述第3步骤中，所述载玻片放置于质量分数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种蓝宝石表面仿生抗反射微纳结构的制备方法，其特征在于，包括依次执行如下步骤：第1步骤：将透明生物翅膀浸入PMMA溶液中浸泡，使PMMA充分渗入透明生物翅膀表面结构中；然后将浸泡PMMA后的透明生物翅膀放置于载玻片之上并烘干，使PMMA固化；第2步骤：将PMMA固化后的载玻片取出，将透明生物翅膀从该载玻片上剥离，得到孔状的仿生反结构；第3步骤：先将第2步骤中得到的表面覆盖PMMA仿生反结构的载玻片放置于氧化铝溶胶中，使氧化铝溶胶渗入仿生反结构中；然后将经亲水处理后的蓝宝石衬底放置在载玻片上，形成第一样品，将第一样品烘干，使氧化铝溶胶初步成型；第4步骤：将第3步骤烘干的第一样品放置于丙酮溶液中，待PMMA溶解后，取出第一样品上的载玻片，取出载玻片后的第一样品构成第二样品，然后烘干第二样品；第5步骤：将第二样品进行两步退火热处理，从而得到具有表面微纳结构的单晶氧化铝，提高蓝宝石的透过率。

【技术特征摘要】
1.一种蓝宝石表面仿生抗反射微纳结构的制备方法，其特征在于，包括依次执行如下步骤：第1步骤：将透明生物翅膀浸入PMMA溶液中浸泡，使PMMA充分渗入透明生物翅膀表面结构中；然后将浸泡PMMA后的透明生物翅膀放置于载玻片之上并烘干，使PMMA固化；第2步骤：将PMMA固化后的载玻片取出，将透明生物翅膀从该载玻片上剥离，得到孔状的仿生反结构；第3步骤：先将第2步骤中得到的表面覆盖PMMA仿生反结构的载玻片放置于氧化铝溶胶中，使氧化铝溶胶渗入仿生反结构中；然后将经亲水处理后的蓝宝石衬底放置在载玻片上，形成第一样品，将第一样品烘干，使氧化铝溶胶初步成型；第4步骤：将第3步骤烘干的第一样品放置于丙酮溶液中，待PMMA溶解后，取出第一样品上的载玻片，取出载玻片后的第一样品构成第二样品，然后烘干第二样品；第5步骤：将第二样品进行两步退火热处理，从而得到具有表面微纳结构的单晶氧化铝，提高蓝宝石的透过率。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述第1步骤中，所述PMMA溶液的制备方法具体如下：将质量分数为4％～10％的PMMA固体颗粒浸泡在冰醋酸溶液中，待颗粒充分溶解后，得到PMMA溶液。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在所述第1步骤中，将浸泡PMMA溶液后的透明生物翅膀放置于载玻片之上并烘干，烘干温度为80～120℃，保温1～3h使PMMA固化。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述第3步骤中，所述载玻片放置于质量分数为...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪桂根，李桂钟，林兆擎，张天，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳，
类型：发明
国别省市：广东,44