PMMA/PBA混合胶乳减反射涂层制备及性能

摘要

减反射涂层能有效降低基材对入射光线的反射率，提高光的利用效率，因此在能源、光学成像以及军事隐形等领域具有广泛的应用前景。现有的减反射涂层多采用“蚀刻”、选择性溶剂溶解以及无机粒子堆积等方法制备。这些方法存在制备效率低、对基材选择性高以及涂层结构和性能不稳定等不足。
　　论文提出和研究了一种基于交联结构聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)与聚丙烯酸丁酯(PBA)共混胶乳制备减反射涂层的新方法。混合胶乳烘焙成膜时，交联结构的PMMA胶乳仍保持球状形貌，借助成膜的PBA胶乳粘附于基材表面，共同组成减反射涂层。涂层内的PMMA粒子间填充空气，使涂层的折光指数大大降低，从而可有效减少基材对光的反射率。就此设想，论文第二章采用乳液聚合技术，通过对乳化剂组成及浓度的调控等制备了不同粒径的PMMA胶乳和PBA胶乳。之后，第三章探究了混合胶乳中PMMA与PBA质量比、PBA胶乳粒径以及混合胶乳涂层液含固量对涂层减反射性能的影响;考察了已有涂层减反射理论对混合胶乳涂层的适用性，并提出了混合胶乳减反射涂层的新模型;进而在第四章和第五章探究了PMMA乳胶粒粒径对涂层减反射性能的影响，并考察了涂层的结构稳定性。研究表明:
　　1.混合胶乳中PMMA与PBA质量比对涂层减反射性能的影响:减反射效率随PMMA∶PBA质量比的增高而增大，当质量比高于97∶3后，不再明显改变;
　　2.涂层的减反射性能受PBA(DPBA)和PMMA（DPMMA）粒径的共同影响:
　　(1)随DPBA的减小，涂层内PMMA粒子间距减小，入射光的散射降低，当DPBA＜85nm（=400/(1.49π))时，可见光区小波长处散射光强明显减小;
　　(2)增大涂层液含固量，涂层内PMMA粒子面密度增大，直至粒子层叠;PMMA单层排列时，其对基材表面的最大覆盖率Smax=78.54％，基于有效介质理论得到的涂层折光指数为1.23，最大透射率处的波长λmax=4*1.23*DPMMA;
　　(3)当PMMA对基材表面的覆盖率S小于78.54％时，虽然涂层的折光指数及最大透射率数值减小，但λmax不变，仍等于4*1.23*DPMMA，表明涂层的减反射行为不再遵循Fresnel均质结构减反射涂层模型;
　　(4)提出S小于78.54％时混合胶乳涂层减反射行为的新模型为:增透率等于最大增透率与S/Smax的乘积，即△T/△ Tmax=S/Smax。
　　(5)混合胶乳涂层的结构及增透稳定性高，可耐20次180°弯折;
　　3.论文还研究了两种粒径PMMA与PBA共混胶乳涂层的减反射行为。其中，DPBA=55nm，DPMMA,B=134nm，DPMMA,Sm分别为:54nm、84nm和112nm，研究表明:
　　(1)涂层的增透曲线兼具PMMA，B与PMMA，Sm的增透特性，但仅当DPMMA，B与DPMMA,Sm相近时（DPMMA,B=134nm，DPMMA,Sm=112nm），增透曲线才可由PMMA，B和PMMA，Sm的曲线加和得到;
　　(2)随着PMMA，B与PMMA，Sm个数比NB/Sm的增大，在较小NB/Sm时(＜1)，涂层的λmax已完全由DPMMA,B决定。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 减反射涂层的减反射原理

1．2．1 均质结构减反射涂层

1．2．2 纳米多孔结构减反射涂层

1．2．3 仿“蛾眼”结构减反射涂层

1．3 制备减反射涂层的主要方法

1．3．1 旋涂法

1．3．2 平板印刷法

1．3．3 层层自组装法

1．3．4 浸涂制膜法

1．3．5 反应离子刻蚀法

1．4 聚合物在减反射涂层领域的应用

1．4．1 聚合物与无机粒子结合在减反射涂层领域的应用

1．4．2 纯聚合物在减反射涂层领域的应用

1．5 本课题的研究意义、内容及创新点

第二章 PMMA与PBA乳液的制备与表征

2．1 引言

2．2 实验所需试剂及仪器

2．2．1 实验试剂

2．2．2 实验仪器

2．3．1 PMMA乳液的制备

2．3．2 PBA乳液的制备

2．4 测试及表征

2．4．1 乳胶粒的粒径表征

2．4．2 体系含固量的测定

2．5．1 乳液的制备及其表征

2．6 本章小结

第三章 PMMA／PBA混合胶乳减反射涂层制备及减反射性能分析

3．1 引言

3．2 实验所需试剂及仪器

3．2．1 实验试剂

3．2．2 实验仪器

3．3 减反射涂层涂层剂及减反射涂层的制备

3．3．1 基材的准备

3．3．2 减反射涂层剂的制备

3．3．3 减反射涂层的制备

3．4 测试及表征

3．4．1 混合胶乳减反射涂层的增透率及反射率

3．4．2 减反射涂层形貌表征

3．4．3 混合胶乳减反射涂层的折光指数

3．5．1 PMMA与PBA胶乳质量比对涂层减反射性能影响

3．5．2 PBA胶乳粒径对减反射涂层形貌及涂层减反射性能的影响

3．5．3 涂层液含固量对涂层减反射性能的影响

3．5．4 单层粒子结构减反射涂层模型探宄

3．6 本章小结

第四章 不同粒径单层粒子减反射涂层及抗弯曲性能探究

4．1 引言

4．2 实验所需试剂及仪器

4．2．1 实验试剂

4．2．2 实验仪器

4．3．2 减反射涂层剂的制备

4．3．3 减反射涂层的制备

4．4 测试及表征

4．4．1 混合胶乳减反射涂层的增透率及反射率

4．4．2 减反射涂层形貌表征

4．5．1 不同PMMA乳胶粒粒径对混合胶乳减反射涂层减反射性能的影响

4．5．2 双面减反射涂层减反射性能

4．5．3 混合胶乳减反射涂层抗弯曲性能探究

4．6 本章小结

第五章 两种粒径PMMA粒子混合胶乳减反射涂层减反射性能研究

5．1 引言

5．2 实验所需试剂及仪器

5．2．1 实验试剂

5．2．2 实验仪器

5．3．1 基材的准备

5．3．2 减反射涂层剂的制备

5．3．3 减反射涂层的制备

5．4 测试及表征

5．4．1 混合胶乳减反射涂层的增透率及反射率

5．4．2 减反射涂层形貌表征

5．5 结果与讨论

5．5．1 两种粒径PMMA粒子的个数比对涂层减反射性能的影响

5．5．2 两种粒径PMMA粒子的个数比对涂层减反射性能的影响因素探究

5．6 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文

致谢