[发明专利]一种制备超疏水抗反射微米和纳米复合结构表面的方法

说明书

技术领域

本发明属于复合结构表面的制备技术领域，具体涉及一种微米和纳米复合结构的超疏水抗反射硅表面的制备方法。

背景技术

近年来世界各国对微电系统(MEMS)给予了极大的热情和关注，它正成为新崛起的大规模的产业，成为国民经济新的增长点，并对国防科技的发展产生重大影响。但随着器件和系统的微型化，其特征尺度减小，表面积(L²)和体积(L³)之比值也相对增大，表面效应增强，在宏观尺度中被忽略了的表面力现在起主导作用，由此产生表面摩擦、磨损、粘附和压力损失等一系列问题，使得(MEMS)器件受到了极大的困扰。

超疏水表面一般是指与水的接触角大于150°的表面。它具有特殊浸润性质，具有防水、防雾、抗清洁、抗氧化等重要特点，在科学研究和生产、生活等诸多领域有广泛的应用前景，例如可应用在镜片、光学器件、纺织品、机械产品、管道运输、微流体芯片等。这一类特殊性质能够减小器件表面的粘附力和摩擦力，改善液体在微流体器件内的流动性能。日本筑波大学机械工程实验室YasuhisaAndo发表在Sensors and Actuators，Vol.57No.2(1996)，p，83～89的论文及法国的V.Studer发表在AppI.Phys.Lett.80，3614(2002)的论文中对超疏水表面的应用进行了尝试性研究。对固体材料表面进行超疏水修饰的方法主要有两种：一种是在接触角大于90°的疏水表面构筑粗糙的微纳米结构；另一种是在表面修饰低表面能的物质，如江雷发表在Adv.Mater.2002，14：1857～180中所说明。结合上述两种方法的固体表面疏水修饰也已经有一些报道。例如(中国专利，公开号CN1378581A，CN1613565A，CN1624062A)，Langmuir2008，24，10421～10426。但是上述的一些构筑超疏水表面的方法一般工艺比较复杂，而且需要特殊的仪器和设备，难于实现大面积的制备。因此，探索新的廉价的超疏水制备技术有更重要的价值。

由于普通平面基底具有很高的反射率，致使光学系统受到杂光干扰，严重地影响光学系统中光学元件的透过率和图像解析能力，致使光学系统的分辨率和灵敏度下降，严重地影响了光学及光电子学器件的性能，例如太阳能电池、显示器、光学传感器、偏振片、光学镜头等。为了提高这些器件的性能，需要降低基底表面对光的反射率。传统构筑抗反射亚波长表面结构的方法主要有：电子束刻蚀、基于纳米压印的干刻刻蚀、激光干涉刻蚀等。为了构筑抗反射表面，科技工作者进行了大量的研究工作，其中最具影响力的是电子束刻蚀的方法(Opt.Lett.1999，24，1422；Microeletron.Eng.2005，78～79,287)。虽然电子束刻蚀的方法具有高精度、高分辨率等优点，但是由于仪器昂贵、效率较低的缺点，制约了其广泛的应用。基于和自组装纳米粒子的方法制备的结构、激光干涉刻蚀和纳米压印的掩模，RIE能够在大面积上构筑出具有抗反射性能的亚波长结构(Nanotechnology 2000.11.161；Nanotechnology 1997.8.53；AppI.Phys.Lett.2002.80.2242；J.Vac.Sci.Tehchnol.2003.21.287 4Small 2008.4.1972中国专利，公开号CN1378581A，CN1613565 A，CN1624062 A)，然而这些技术需要的仪器依旧很昂贵，使其应用严重受限。

发明内容

本发明的目的在于以一种简单的方法来制备大面积的超疏水抗反射硅表面，提出的是一种具有微米和纳米复合结构的超疏水抗反射硅表面的制备方法。本发明是利用单晶硅在碱性溶液中的各向异性刻蚀作用及银催化刻蚀硅法制备出表面微观结构为微米和纳米结构共同存在的复合结构，再通过含氟代硅烷化试剂对其表面进行化学修饰，制备的硅表面同时具有良好的超疏水和抗反射性能。运用该方法制备的超疏水抗反射材料的表面与水的静态接触角大于150°，如图7水滴在此表面上的滑动角小于3°(静态接触角和滚动角均在contact angle OCA20.DATAPHYSICS上测试)。此表面还具有良好的抗反射性能，尤其在800～1100nm波长范围内光反射率小于3％。

本发明所述的方法具有操作简单、普适性好、成本低廉、大面积、快速高效等优点，为拓展硅材料在工业生产中的应用提供了一种新的制备途径，可规模化生产微纳复合结构的超疏水抗反射硅表面，可以广泛的应用于太阳能电池、微流体芯片、光电器件等方面，具有良好的工业应用前景。