Ученые разработали простую и масштабируемую стратегию производства смоляных пленок с помощью противоотражающих наноструктур, имитирующих строение глаз мотылька.
Многие выдающиеся достижения в области противоотражающих покрытий были основаны на биологических структурах глаз мотыльков: как и у многих ночных животных, которые стремятся скрыться от окружающих их хищников, в процессе эволюции глаза мотыльков перестали отражать свет.
Благодаря периодической наноструктуре поверхность глаза структурированная, а не гладкая. Это заставляет падающий свет изгибаться на поверхности и, таким образом, проходить через глаз, а не отражаться от него.
Эта наноразмерная структура настолько эффективна, что исследователи с разной степенью успеха пытались имитировать ее с помощью других материалов, чтобы создать противоотражающие покрытия.
Однако, несмотря на недавний прогресс в нанотехнологиях, позволяющий использовать эту концепцию в различных областях применения, все еще остаются препятствия, связанные с масштабируемостью и стоимостью производства, которые предстоит преодолеть.
Чтобы решить эти проблемы, ученые из Токийского университета и компании Geomatec Co, Ltd (Япония), разработали новую стратегию производства наноструктур, аналогичных строению глаз мотылька, и прозрачных пленок.
В своем последнем исследовании, опубликованном в журнале Micro and Nano Engineering, они представили перспективный метод крупномасштабного производства форм и пленок, имитирующих поверхность глаза мотылька. Хотя команда ученых уже добилась успехов в создании форм из стеклоуглерода, протравленного пучком ионов кислорода, такой подход не обеспечивал масштабируемость. "Производство подложек из стеклоуглерода требует использования технологии порошковой металлургии, с помощь которой изготавливать формы большой площади достаточно сложно", — поясняет профессор Джун Танигучи из Токийского университета. "Чтобы обойти это ограничение, мы попытались использовать только тонкий слой стеклоуглерода, нанесенный на большую подложку из обычного стекла".
Более того, чтобы сделать эту новую стратегию практически осуществимой, в этот раз команда решила использовать систему индуктивно-связанной плазмы (ИСП) вместо циклотронного резонансного источника ионов, используемого ранее. Хотя оба устройства могут травить стеклоуглерод с помощью сфокусированного пучка ионов кислорода, технология индуктивно-связанной плазмы обеспечивает более широкий диапазон облучения ионным пучком, что больше подходит для работы на крупных структурах.
После испытаний с различными параметрами ИСП исследователи установили, что двухстадийный процесс травления наилучшим образом подходит для получения высококачественной наноструктурированной формы. Затем они воспользовались этой формой для изготовления прозрачной пленки с наноструктурой наподобие глаза мотылька, используя УФ-отверждаемую смолу.
Оптические свойства пленки оказались выдающимися; отражательная способность относительно света в видимом диапазоне составила всего 0,4%, что в 10 раз меньше, чем у аналогичных пленок без такой наноструктуры. Более того, светопропускание через материал также повысилось, а значит оптические свойства сохранились, несмотря на использование пленки для снижения отражения света.
Cross-sectional views — Поперечный разрез
Hight: 250 nm — Высота: 250 нм
1 μm — 1 мкм
Top views — Вид сверху:
Pitch: 180 nm — Шаг: 180 нм
Diameter: 80 nm — Диаметр: 80 нм
Господин Хироюки Сугавара, технический директор компании Geomatec, рассказал о множестве различных применений таких противоотражательных пленок при возможности их производства в метровом масштабе. "Мы могли бы использовать такие пленки для улучшения изображения на дисплеях с плоским экраном, цифровых табло и прозрачных акриловых щитков, которые широко применяются в связи с пандемией COVID-19. Более того, противоотражающие покрытия могут оказаться эффективным способом улучшения характеристик солнечных панелей".
