一種抗反射和自清潔玻璃及其制造方法技術

本發明專利技術公開了一種抗反射和自清潔玻璃及其制造方法，在玻璃表面的壓印材料上利用基于帶形軟模具的納米壓印工藝形成亞波長的納米錐陣列結構或在玻璃表面采用硬掩膜以及壓印材料基于帶形軟模具的納米壓印以及硬掩膜轉移刻蝕工藝刻蝕出亞波長的納米錐陣列結構。本發明專利技術可用于太陽能電池板、玻璃幕墻、汽車擋風玻璃、光學元件和儀器、大尺寸高清平板顯示、紅外探測器等領域。本發明專利技術具有抗反射性和自清潔性能高、耐久性好、穩定性高、惡劣環境適應強、生產率高、成本低的優勢，尤其能夠實現超大面積抗反射和自清潔玻璃高效和低成本批量化生產。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于玻璃表面加工和微納制造
，尤其涉及。
技術介紹
抗反射(減反射)和自清潔玻璃能夠有效地消減玻璃本身的反射，增加了玻璃的透過率(即減少入射光的全頻譜反射，增加透射，提高透明度；降低玻璃表面的鏡面效果，具有防眩功能)，并具有抗污染和自清潔的優點，它能夠有效的改進太陽能電池板、玻璃幕墻、汽車擋風玻璃、光學元件(透鏡、顯微鏡片、照相機鏡頭等)、平板顯示(觸摸屏、電視機屏、智能手機屏等)等產品的性能和品質。例如，太陽能電池板使用抗反射和自清潔玻璃不但可以有效提高光電轉換效率(減少反射，增加光的吸收)，而且能夠避免污物堆積導致的光效損失(太陽能電池板雖然經過疏水性涂層處理，但太陽能電池面板表面仍容易積聚灰塵和污垢，6個月后光效效率損失可達40%)。高層建筑的玻璃幕墻采用抗反射和自清潔玻璃不但能夠解決玻璃清潔的難題，而且還能夠解決由于玻璃反射而引起的光污染問題。在戶外或明亮的環境中，觸摸屏、手機屏幕、電腦顯示器屏幕、數碼相機屏幕等等都會由于玻璃界面的反射而引起使用不便(畫面不清晰，有外部周圍環境的投影，對比度降低等)，采用抗反射和自清潔玻璃不僅可有效消除反射，提高對比度，得到清晰的畫面，而且其具有的自清潔功能還能有效抵擋灰塵、汗潰沾污。抗反射和自清潔玻璃用于汽車的前擋風玻璃，不但可以自清潔窗戶的外表面污垢和砂礫，而且能消除眩光、增強能見度，并防止內表面霧化。因此，抗反射和自清潔玻璃有著非常廣泛和巨大的商業化應用前景。目前使玻璃具有抗反射和/或自清潔的性能主要采用以下方法:(I)多層鍍膜；(2)表面粘貼抗反射薄膜；(3)自組裝抗反射涂或/和自清潔涂層。但是這些結構和方法通常使玻璃僅僅具有抗反射或者自清潔單一的功能，一方面難以同時具有抗反射和自清潔的功能。而且還存在許·多缺陷和不足。例如多層鍍膜面臨以下諸多問題:①由于不同材料的引入導致熱力學不匹配或是附著力差等問題降低了其穩定性；②盡管這種薄膜通常在某個波段內的抗反射性能較好，但不能在較寬波段范圍內減少反射光的損失；③自然界的材料種類有限，不能滿足實際需要，特別是連續折射系數這一要求，如:氟化鎂、氮化硅、二氧化硅的折射系數都在1.4附近，而幾乎沒有折射系數處于I和1.2之間的材料制備抗反射薄膜的兩種主要技術一物理氣相沉積(PVD)和化學氣相沉積(CVD)生產成本高。表面粘貼抗反射薄膜同樣存在附著力差、時效性差、對于環境適應性差等諸多問題。因此，傳統多層鍍膜和表面粘貼抗反射薄膜等方法存在以下諸多的問題:膜層對襯底表面的附著性和膜層之間的附著性問題；膜層的抗化學腐蝕和耐久性、穩定性問題；由于熱膨脹系數不同而造成的膨脹失配和冷凝分層問題；膜層與膜層間和膜層與基底間的組分滲透和擴散問題；不能找到合適的膜層材料；無法降低短波段反射率；對于環境溫度和濕度適應性差，存在易脫落及熱影響等問題。因此，現有的方案和制造方法還難以滿足抗反射和自清潔玻璃性能和實際生產的要求，這已經成為制約抗反射和自清潔玻璃廣泛推廣和應用的瓶頸，如何開發新的抗反射和自清潔玻璃結構及其高效、低成本大規模化生產的方法成為當前的迫切需要。
技術實現思路
本專利技術的目的是為克服上述現有技術的不足，提供，它高效、低成本，且能夠應用于大規模生產。為實現上述目的，本專利技術采用下述技術方案:—種抗反射和自清潔玻璃，在玻璃表面的壓印材料上利用基于帶形軟模具的納米壓印工藝形成亞波長的納米錐陣列結構或在玻璃表面采用硬掩模以及壓印材料并基于帶形軟模具的納米壓印以及硬掩模轉移刻蝕工藝刻蝕出亞波長的納米錐陣列結構。所述納米錐為圓錐或金字塔結或類金字塔結構，納米錐底面直徑為100 300nm，深寬比為3 12，納米錐底面中心之間的距離為100 300nm。所述帶形軟模具具有陣列式凹陷的圓形或方形或圓錐形特征圖案。所述壓印材料是紫外光化聚合物材料或者溶膠-凝膠材料或者二氧化鈦材料或者二氧化硅材料。一種抗反射和自清潔玻璃的制造方法，它基于帶形軟模具納米壓印工藝在玻璃表面形成亞波長的納米錐陣列結構，包括如下步驟:步驟(1預處理，在玻璃表面沉積一層或多層硬掩模層，形成玻璃襯底；步驟(2):液態壓印材料涂布在玻璃襯底上；步驟(3):壓印成型:(3-1)首先，利用壓印方式將帶有圓形或方形凹陷特征的帶形軟模具壓附在玻璃襯底上，使玻璃襯底之上涂布的液態壓印材料擠壓填充到帶形軟模具的凹陷特征中；(3-2)使液態壓印材料完全填充到帶形軟模具的凹陷特征中，并確保完全填充后的帶形軟模具與玻璃襯底之上的壓印材料始終保持共形接觸，利用UV固化方式固化液態的壓印材料，實現壓印結構的完全固化成型；(3-3)最后，將壓印固化成型的特征結構與帶形軟模具分離，完成脫模；步驟(4):利用刻蝕工藝進行壓印圖形轉移，刻蝕時硬掩模材料的刻蝕速率低于玻璃基片，以得到亞波長的納米錐陣列結構；步驟(5):后處理。所述步驟(4)的刻蝕工藝采用反應離子刻蝕或者感應耦合等離子體刻蝕或者濕法刻蝕。所述步驟(4)中納米錐的高度取決于硬掩模的材料和厚度。一種抗反射和自清潔玻璃的制造方法，它基于帶形軟模具納米壓印工藝在玻璃形成亞波長的納米錐陣列結構，包括如下步驟:步驟(1):預處理，增加玻璃基片表面的粘附特性；步驟(2):液態壓印材料涂布在玻璃上，所述液態壓印材料是玻璃基片的涂層材料；步驟(3):壓印成型:(3-1)首先，利用壓印方式將帶有圓錐形凹陷形特征的帶形軟模具壓附在玻璃基片上，使玻璃基片之上涂布的液態壓印材料擠壓填充到凹陷的特征圖形中；(3-2)使液態壓印材料完全填充到帶形軟模具中，并確保完全填充后的帶形軟模具與玻璃之上的液態壓印材料始終保持共形接觸，利用UV固化方式固化液態的壓印材料，實現壓印結構的完全固化成型；(3-3)最后，將壓印固化成型的特征結構與帶形軟模具分離，完成脫模；步驟(4):后處理。本專利技術的有益效果:本專利技術在裸露的玻璃基片表面利用納米壓印和刻蝕制造出亞波長的納米錐，或者在玻璃基片表面的液態壓印材料(涂層材料)直接壓印出亞波長的納米錐。亞波長的納米錐深寬比越大，抗反射和自清潔性能越好。本專利技術采用基于帶形軟模具的納米壓印工藝，它具有效率高、生產成本低、壓印圖形面積大(實現剛性襯底米級尺度納米圖形化)、良好的脫模性能、模具壽命長和維護方便、壓印圖形一致性好和分辨率高、對于非平整玻璃基片適應性好的顯著優勢。克服了傳統平板型納米壓印效率低、壓印面積小、模具使用壽命短和維護困難、以及無法實現連續圖形化的缺陷。克服滾型納米壓印用于玻璃基片(剛性襯底)壓印效率低(紫外固化線接觸需要固化時間長)、非對于平整玻璃基片共形接觸能力差的缺點。為超大面積抗反射和自清潔玻璃的制造提供一種高效、低成本批量化制造的解決方案，能夠實現超大面積抗反射和自清潔玻璃高效和低成本批量化生產。本專利技術的顯著優勢在于:(I)實現寬波段、大入射角范圍內的減反射，寬波段范圍內具有良好的抗反射特性，因為納米錐體結構提供了一個增強光吸收最佳形狀的縱橫比(納米錐的高度/直徑)，它能夠同時對短波光的抗反射和長波長的光散射都發揮作用；(2)更高的抗反射性能，當光波作用于亞波長納米結構時表現為僅有零級的反射(當光學元件的特征尺寸遠小于入射光波時，將只存在零級衍射波)或透射光；(3)性能穩定，減反射效果好，尤其是惡劣環本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種抗反射和自清潔玻璃，其特征在于，在玻璃表面的壓印材料上利用基于帶形軟模具的納米壓印工藝形成亞波長的納米錐陣列結構或在玻璃表面采用硬掩模以及壓印材料并基于帶形軟模具的納米壓印以及硬掩模轉移刻蝕工藝刻蝕出亞波長的納米錐陣列結構。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：蘭紅波，
申請(專利權)人：青島博納光電裝備有限公司，
類型：發明
國別省市：