玻璃上纳米复合亚微米光栅减反射表面 |
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| 日常生活中我们都有被眩光袭击的经历,部分来源于眩光光源,部分来源于眩光的反射;我们在操作电脑时常常为显示器外面的景物在显示器表面的反射而无法看清显示内容而烦恼;又如当我们住脚于玻璃橱窗前探究橱窗内景物时,玻璃表面反光往往使你无法清晰观察到窗内景物。这是为什么呢?玻璃表面的光反射在作怪,因为玻璃具有高的折射率。因此要消除上述烦恼,那必须将玻璃表面进行无光(减反射)处理。 | |||
| 从薄膜光学原理可知,在折射率为ns的基片上镀折射率为ns的平方根的薄膜,可以起到减反射的作用,但近为单点减反射,产生颜色变化。传统的多层光学薄膜可以达到较好效果,但制造成本高,难以大面积应用。国际上最新研究表明:将表面刻制成亚微米波长周期性或随机的表面浮雕光栅结构,如同自然界中飞蛾的眼角膜一样,可以非常好地实现减反射效果。这种结构在纳米复合材料表面上通过全息干涉,刻制浮雕型光栅,价格较低,应用前景广阔。 | |||
| 按照光栅理论,如果栅格的周期比入射光的波长大,则光被衍射成特定的级数,如果栅格的周期间隔满足: |
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| 时,则只有零级衍射传播,反射率最小,一维光栅结构如图1。式中Λ为栅格周期,?0为真空波长,ni为入射介质的折射率,ns为基片的折射率,θi为入射光的极角,Φ为入射光的方位角。为了更有效的达到减反射效果,可以采用各种结构来实现,最终采用有效介质理论来解释。 | |||
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图1 一维微纳米结构光栅示意图 |
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这种表面制备过程为:首先采用全息干涉制备所需结构的光刻胶,然后将光刻胶上的图形通过电镀转移到镍板上,然后采用溶胶-凝胶技术在玻璃、有机玻璃、塑料等基底涂上一层纳米复合薄膜,再通过热压将镍板上的图形压在这些基底上,最后形成了表面亚微米浮雕光栅结构。其生产过程如图2: |
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图2表面微纳米浮雕光栅结构形成过程示意图 |
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| 最终形成的表面微结构采用扫描电子显微镜观察,如图3。 | |||
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图3 三微微纳米结构表面光栅示意图 |
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| 理论上,可以将这种光栅近似为图4所示的结构,形成了一个折射率渐变的表面,当深度满足一定关系时,即形成了很好的减反射表面。 | |||
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图4 微纳米结构表面折射率等效示意图 |
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| 这种微纳米结构表面具有较低的反射率,如图5所示,其球面反射< 1%,镜面反射<0.5%(普通窗玻璃表面反射率高达8%以上,显示器表面玻璃表面反射更高)。 | |||
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图5 不同微纳米光栅结构表面反射光谱 |
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