專利名稱：涂層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及涂層。
背景技術(shù)：
聚電解質(zhì)和/或納米顆粒的多層可以容易地組裝在各種表面上。材料、組裝條件 和后處理條件的選擇可以用于控制最終產(chǎn)物的化學(xué)性能、結(jié)構(gòu)性能和光學(xué)性能。

發(fā)明內(nèi)容
納米顆粒和聚合物可以使用層層(LbL)組裝在玻璃和環(huán)氧樹脂基底上在共形的、 折射率分級的、有機-無機復(fù)合減反射涂層中組合，這種涂層具有顯著的光學(xué)性能?？梢酝?過根據(jù)有效毛細管半徑在納米孔中不同地吸附材料(并且夾帶所述材料)來提高折射率分 級。穩(wěn)定的減反射(AR)涂層可以由包括納米顆粒和聚電解質(zhì)的層層組裝的膜形成。在一方面，一種表面包含納米多孔涂層，所述納米多孔涂層包括具有第一孔隙率 的第一厚度和具有與所述第一孔隙率不同的第二孔隙率的第二厚度。所述第一厚度可以包括具有第一直徑的第一多個納米顆粒。所述第二厚度可以包 括具有與所述第一直徑不同的第二直徑的第二多個納米顆粒。所述涂層的厚度可以小于 500nm，或者小于300nm。所述表面可以是透明的。所述表面可以包括作為毛細管凝結(jié)物的以所述第一孔隙率存在的第一功能化化 合物。在所述第二孔隙率會基本上不存在所述第一功能化化合物。所述表面可以包括作為 毛細管凝結(jié)物的以所述第二孔隙率存在的第二功能化化合物。所述第一功能化化合物和所 述第二功能化化合物可以是不同的。在另一方面，一種涂覆表面的方法包括將具有第一直徑的第一多個納米顆粒放 置在基底上；將具有與所述第一直徑不同的第二直徑的第二多個納米顆粒放置在所述基底 上。所述方法可以包括將所述第一多個納米顆粒暴露于第一功能性部分。所述方法 可以包括將所述第二多個納米顆粒暴露于第二功能性部分。所述第一功能性部分和所述 第二功能性部分可以是不同的。在另一方面，一種涂覆表面的方法包括在基底上放置具有第一折射率的第一厚度的第一材料；在所述基底上放置具有第二折射率的第二厚度的第二材料；將所述第一材 料和所述第二材料暴露于功能性部分。所述方法可以包括選擇包括具有第一尺寸的多個納米顆粒的第一材料?？梢曰?于期望的第一折射率選擇所述第一尺寸。所述方法可以包括選擇包括具有第二尺寸的多 個納米顆粒的第二材料?？梢曰谄谕牡诙凵渎蔬x擇所述第二尺寸。在另一方面，一種涂覆表面的方法包括選擇能夠形成具有第一期望的毛細管半 的毛細管空隙的第一多個納米顆粒；在基底上形成涂層，所述涂層包括所述第一多個
納米顆粒；將所述涂層暴露于能夠在具有所述第一期望的毛細管半徑ra的毛細管空隙中 形成毛細管凝結(jié)物的功能化化合物的蒸氣。所述方法可以包括選擇能夠在具有所述第一期望的毛細管半徑！^的毛細管空 隙中形成毛細管凝結(jié)物的功能化化合物。所述方法可以包括選擇能夠形成具有第二期望的毛細管半徑r。2的毛細管空隙 的第二多個納米顆粒?？梢赃x擇所述第一多個納米顆粒、所述第二多個納米顆粒和所述功 能化化合物，使得所述功能化化合物能夠在具有所述第一期望的毛細管半徑k的毛細管 空隙中形成毛細管凝結(jié)物，但是基本上不能在具有所述第二期望的毛細管半徑r。2的毛細 管空隙中形成毛細管凝結(jié)物。在另一方面，一種表面包括納米多孔涂層，所述納米多孔涂層包括預(yù)先選擇的孔 隙率和預(yù)先選擇的功能化化合物，所述功能化化合物在所述孔隙率內(nèi)毛細管凝結(jié)。所述納米多孔涂層可以包括多個無機納米顆粒，所述多個無機納米顆粒具有在納 米顆粒之間的毛細管空隙。所述功能化化合物可以是聚合物或聚合物前體。具體地說，涂層可以按照在涂層內(nèi)的選定的毛細管空間中產(chǎn)生液體凝結(jié)的方式來 制備。凝結(jié)物僅形成在小的毛細管空間中，并不填充所有可獲得的多孔空間。通過將涂層 暴露于液體的蒸氣來將液體引入到涂層。毛細管凝結(jié)物不是通過使液體經(jīng)由吸液或滲透接 觸涂層來形成。蒸氣穿過涂層的多孔空間，并可以在期望的毛細管空間中凝結(jié)。通過選擇 涂層的材料和特性來控制涂層內(nèi)的凝結(jié)物的位置。在下面的附圖和描述中闡述一個或多個實施例的細節(jié)。其它特征、目標(biāo)和優(yōu)點根 據(jù)描述和附圖以及根據(jù)權(quán)利要求書將是明顯的。


圖1是表面上的涂層的示意圖。圖2是示出具有不同數(shù)量的雙層的膜的透射率和厚度測量的曲線圖。圖3A和圖:3B是示出涂覆有聚電解質(zhì)多層的玻璃片的透射率和反射光譜的曲線 圖。圖4是示出在折射率η 1. 49的基底上的最佳單層減反射涂層的模擬的曲線圖。圖5是示出在納米顆粒結(jié)處毛細管如何形成的示意圖。圖6是描繪出使用水和PDMS進行滲透(經(jīng)由毛細管凝結(jié))時的納米顆粒涂層(由 各種粒徑構(gòu)成)的折射率的百分比提高的曲線圖。圖7是示出具有不同尺寸的納米顆粒的涂層的不同區(qū)域中的不同毛細管凝結(jié)的 示意圖。
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圖8A和圖8B是示出在使用水(圖8A)進行滲透和使用PDMS (圖8B)進行滲透之 后具有兩層堆積設(shè)計的涂層的反射率曲線的曲線圖。作為參考，還提供了照常組裝的(未 滲透的、未功能化的)結(jié)構(gòu)的光學(xué)性能。圖9是示出PDMS滲透的、兩層堆積AR膜在潮濕箱(37°C，80%相對濕度)中老化 60小時前后的曲線圖。圖10A-10B是示出PDMS滲透的、2層堆積AR膜在以85°C延長加熱前后的光學(xué)性 能的曲線圖，其中，使用橢偏光譜測量的總膜厚度為大約150nm(圖10A)和大約120nm(圖 10B)。圖11是將照常組裝的兩層堆積AR膜、PDMS滲透的兩層堆積AR膜和PEGDMA滲透 的兩層堆積AR膜的光學(xué)性能進行比較的曲線圖。圖12A-12B是示出PDMS滲透的和TEGDMA滲透的兩層堆積AR膜在85°C加熱22小 時和44小時前后的光學(xué)性能的曲線圖，其中，在22小時和44小時之間沒有發(fā)生明顯的變 化(表明達到新的熱力學(xué)平衡)。圖13是示出在85°C進行延長02小時和44小時)加熱時TEGDMA滲透的且隨后 UV交聯(lián)的兩層堆積AR膜的光學(xué)性能的變化(或無變化)的曲線圖，顯示出滲透的功能化學(xué) 品可以進一步原位反應(yīng)。
具體實施例方式許多表面(通常為透明表面)受益于減反射涂層的存在。期望的是，涂層是穩(wěn)固 的、薄的且光學(xué)透明的。為了制造目的，涂層可以在不需要復(fù)雜設(shè)備的情況下期望地快速組 裝在各種材料上，并共形地形成在復(fù)雜表面上。在一些實施例中，涂層可以是防霧的以及減 反射的。在特定情況下，涂層可以是親水性的、疏水性的、超親水性的或超疏水性的。減反射涂層可以是具有分級的折射率分布的薄涂層。換言之，涂層可以具有根據(jù) 厚度改變的折射率。分級折射率分布可以提供折射率從一種媒介(例如，負(fù)載涂層的基底) 到另一種媒介(例如，空氣)的逐漸過渡。折射率分布可以是平滑的或階梯式的。例如，可 以通過控制多孔層的孔隙率、通過一個層或多個層的功能化或這些方法的組合來控制涂層 的不同區(qū)域(例如，整個涂層厚度上的不同點)的折射率。具有納米紋理的表面可以展現(xiàn)出極度的潤濕性能。納米紋理指具有納米(即，通 常小于1微米)尺寸的表面特征，例如脊、凹處或孔。在一些情況下，這些特征將具有納米 級別的平均尺寸或rms尺寸，即使一些個別特征會在尺寸上超過1微米。納米紋理可以是 互連的或孤立的孔的3D網(wǎng)絡(luò)。基于表面的結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成，表面可以是親水性的、疏水性 的，或在極端情況下是超親水性的或超疏水性的。產(chǎn)生期望紋理的一種方法是使用聚電解 質(zhì)多層。聚電解質(zhì)多層還可以賦予表面期望的光學(xué)性能，例如減反射性或期望波長范圍內(nèi) 的反射性。參見例如第2003/02156 號和第2006/0029634號美國專利申請公布，通過引 用將上述每個專利申請公布的全部內(nèi)容并入本文。紋理化的表面可以創(chuàng)立極度的潤濕行為。Wfenzel和Cassie-Baxter的早期理論 工作以及Qu6r6和同事的更多最近研究建議可以通過引入合適長度級別的粗糙度來顯著 地改善表面的水潤濕性。參見例如 Wenzel，R. N. J. Phys. Colloid Chem. 1949，53，1466 ； Wenzel, R. N. Ind. Eng. Chem. 1936, 28, 988 ；Cassie, Α. B. D. ；Baxter, S. Trans. FaradaySoc. 1944,40,546 ；Bico, J.等，D.Europhysics Letters 2001,55, (2),214-220 ；Bico, J.等，Europhysics Letters 1999,47, (6)，743-744，通過引用將上述每一篇文獻的全部 內(nèi)容并入本文。在該工作的基礎(chǔ)上，最近已經(jīng)證實光刻紋理化的表面和微孔表面可以引 起超親水性。參見例如 McHale，G. ；Shirtcliffe, N. J. ；Aqil, S. ；Perry, C. C. ；Newton, Μ. I. Physical Review Letters 2004，93，(3)，通過引用將其全部內(nèi)容并入本文。這些表面 結(jié)構(gòu)中的一些結(jié)構(gòu)還展現(xiàn)出有趣的超疏水狀態(tài)和超親水狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換的可能性。參見例 如 Sun,T.L.等，Angewandte Chemie-International Edition2004,43, (3), 357-360 ；Gao, Y. F.等，Langmuir 2004，20，(8)，3188-3194 ；第 2006/0029808 號、第 2007/0104922 號和第 2008/0038458號美國專利申請公布，通過引用將上述每一篇文獻的全部內(nèi)容并入本文。聚電解質(zhì)多層的層層處理(layer-by-layer processing)可以用于在對膜厚度和 化學(xué)性質(zhì)進行分子級控制的情況下制得共形薄膜涂層。帶電的聚電解質(zhì)可以以層層方式組 裝。換句話說，帶正電和負(fù)電的聚電解質(zhì)可以交替地沉積在基底上。設(shè)置聚電解質(zhì)的一種方 法可以包括在適當(dāng)?shù)腜H下使用聚電解質(zhì)水溶液沉積聚電解質(zhì)，以接觸基底?？梢赃x擇pH， 使得聚電解質(zhì)部分地帶電或者弱帶電?？赏ㄟ^雙層的數(shù)量來描述多層，多層包括導(dǎo)致帶相 反電荷的聚電解質(zhì)順序地施加的雙層。例如，具有PAH-PAA-PAH-PAA-PAH-PAA層順序的多 層將被稱作由三個雙層制成。這些方法可以通過簡單地調(diào)節(jié)處理溶液的pH來提供對沉積工藝的新水平的分子 控制。無孔聚電解質(zhì)多層可以形成通過簡單的酸性水處理帶來的多孔薄膜結(jié)構(gòu)。例如控制 諸如鹽濃度(離子強度)、溫度或表面活性劑化學(xué)性質(zhì)之類的參數(shù)來調(diào)節(jié)該孔形成工藝可 以產(chǎn)生微孔、納米孔或它們的組合。納米孔的直徑小于150nm，例如在Inm和120nm之間或 者在IOnm和IOOnm之間。納米孔的直徑可以小于lOOnm。微孔的直徑大于150nm，通常大 于200nm。孔形成條件的選擇可以提供對涂層的孔隙率的控制。例如，涂層可以是納米多 孔涂層，基本上沒有微孔?？蛇x地，涂層可以是平均孔直徑大于200nm(例如250nm、500nm、 1微米、2微米、5微米、10微米或更大)的微孔涂層?？梢酝ㄟ^pH的變化來精確地控制弱帶電的聚電解質(zhì)的性能。參見例如G. Decher, Science 1997,277,1232 ；Mendelsohn 等，Langmuir 2000,16,5017 ；Fery 等，Langmuir 2001，17,3779 ；Shiratori 等，Macromolecules 2000，33，4213 ；第 2003/0215626 號和第 2007/0104922號美國專利申請公布，通過引用將上述每一篇文獻的全部內(nèi)容并入本文。可 以將這種類型的涂層施加到任何表面，該表面可以按照用于產(chǎn)生這些聚電解質(zhì)多層的基于 水的層層(LbL)吸附工藝來處理。因為不管水溶液在何處接觸表面，基于水的工藝都能夠 沉積聚電解質(zhì)，所以即使具有復(fù)雜形態(tài)的目標(biāo)的內(nèi)表面也能夠被涂覆。通常，可以通過用于 將水溶液施加到表面的任何方法(例如，浸漬或噴霧)來將聚電解質(zhì)施加到表面。具有極度的潤濕行為的表面可以由聚電解質(zhì)涂層來制造。參見例如第 2006/0029808號和第2007/0104922號美國專利申請公布，通過引用將上述每一篇專利申 請公布的全部內(nèi)容并入本文。聚電解質(zhì)具有主鏈，多個帶電官能團結(jié)合到主鏈。聚電解質(zhì) 可以是聚陽離子型或聚陰離子型。聚陽離子具有主鏈，多個帶正電的官能團結(jié)合到主鏈，例 如聚烯丙基胺鹽酸鹽。聚陰離子具有主鏈，多個帶負(fù)電的官能團結(jié)合到主鏈，例如磺化聚苯 乙烯(SPS)或聚丙烯酸或它們的鹽。一些聚電解質(zhì)可根據(jù)諸如pH之類的條件失去其電荷 (即，變?yōu)殡娭行?。一些聚電解質(zhì)(例如，共聚物)可以包括聚陽離子片段和聚陰離子片段。具有極度的潤濕行為的表面可以由多層膜產(chǎn)生?？梢栽诶鐪p反射或防霧應(yīng)用中 使用這樣的共形表面。含有SW2納米顆粒的多層薄膜可以經(jīng)由層層組裝來制備(參見Lvov，Y. ；Ariga, K. ；Onda, M. ；Ichinose, I. ；Kunitake, T. Langmuir 1997,13, (23)，6195—6203，ilil弓IM 將其全部內(nèi)容并入本文)。其它研究描述了 T^2納米顆粒、SiO2溶膠顆粒和基于單層或雙 層納米顆粒的減反射涂層的多層組裝。參見例如aiang，X-T.等，Chem-Mater. 2005，17， 696 ；Rouse, J. H. ；Ferguson, G. S. J. Am. Chem. Soc. 2003,125,15529 ；Sennerfors, Τ.等， Langmuir 2002,18,6410 ；Bogdanvic, G.等，J.Colloids Interface Science 2002,255, 44 ；Hattori, H. Adv. Mater. 2001，13，51 ；Koo, H. Y.等，Adv. Mater. 2004，16，274 ；Ahn, J. S. ；Hammond, P. T. ；Rubner, Μ. F. ；Lee, I. Colloids and Surfaces A :Physicochem. Eng. Aspects 2005，259，45，通過引用將上述每一篇文獻的全部內(nèi)容并入本文。TiO2納米顆粒加 入到多層薄膜中可以提高由光激活引起的超親水性狀態(tài)的穩(wěn)定性。參見例如Kommireddy， D. S.等，J. Nanosci. Nanotechnol. 2005，5，1081，通過引用將其全部內(nèi)容并入本文。寬帶減反射性可以使用采用聚合物水溶液的便宜的、簡單的工藝來獲得。參見例 如第2003/02156 號和第2007/0104922號美國專利申請公布，通過引用將上述每個專利 申請公布的全部內(nèi)容并入本文?？梢允褂迷摴に噷⒏咝实墓残螠p反射涂層施加于任意形 狀、尺寸或材料的實際上任何表面?？梢允褂迷摴に噷p反射涂層一次施加于多于一個的 表面，并且該工藝可以產(chǎn)生基本上不含有會使涂層性能劣化的針孔和缺陷的涂層。多孔聚 合材料可以是減反射的?？梢允褂迷摴に囋诰酆匣咨闲纬蓽p反射和防眩光涂層。該簡單 的且高度通用的工藝可以產(chǎn)生用作低成本、高性能減反射和防眩光涂層的分子級工程化共 形薄膜。該方法可以一次在基底的兩個面上均勻地進行涂覆，以產(chǎn)生無缺陷和針孔的透明 涂層?？梢允褂迷摴に噥砩a(chǎn)包括平板顯示器和太陽能電池的高性能聚合光組件。類似地，聚合物涂層可以是防霧涂層。防霧涂層可以防止散射光的水滴在表面上 凝結(jié)。通過防止散射光的水滴在表面上形成，涂層可以有助于保持透明表面(例如，透鏡、 窗或顯示屏)的光學(xué)透明度。涂層可以是減反射的和防霧的。在導(dǎo)致水在表面上凝結(jié)的條 件下，與沒有防霧涂層的相同目標(biāo)相比，具有防霧涂層的透明目標(biāo)的表面保持其對可見光 的透明度。已經(jīng)將聚電解質(zhì)多層膜用作模板來提供超疏水性表面的表面粗糙度。使用層層工 藝來組裝含有SiO2納米顆粒的聚電解質(zhì)多層。然后將膜加熱到650°C，以去除聚電解質(zhì)，并 產(chǎn)生超疏水性行為所需的表面紋理(參見Soeno，T.等，^Transactions of the Materials Research Society of Japan 2003，沘，1207，通過引用將其全部內(nèi)容并入本文)。在另一 示例中，將枝狀金簇電化學(xué)沉積到覆有聚電解質(zhì)多層膜的氧化銦錫(ITO)上。在金簇上 沉積正十二硫醇單層之后，該表面顯示出超疏水性行為(參見aiang，X.等，J. Am. Chem. Soc. 2004,1 ，3064，通過引用將其全部內(nèi)容并入本文)。用于產(chǎn)生這些膜的電化學(xué)沉積工 藝會限制可使用該方法在上面形成超疏水性涂層的材料的類型。高粗糙度聚電解質(zhì)多層可以通過在高粗糙度表面上形成聚電解質(zhì)多層來形成。當(dāng) 在高粗糙度表面上形成聚電解質(zhì)多層時，用于提高聚電解質(zhì)多層的粗糙度的處理可以是可 選的。例如，高粗糙度表面可以包括顆粒，例如微?；蛭⑶?；納米顆?；蚣{米球；或者高處、脊或凹處的區(qū)域。微米級的顆粒可以是例如粘土或其它微粒材料的顆粒。高處、脊或凹 處可以例如通過在適當(dāng)?shù)幕咨衔g刻、設(shè)置或另外地沉積微米級顆?；蛘吖饪虂硇纬伞ｆi定(lock-in)步驟可以進一步防止多孔性多層的結(jié)構(gòu)變化。鎖定可以通過例 如將多層暴露于化學(xué)或熱聚合條件來實現(xiàn)。聚電解質(zhì)可以變?yōu)榻宦?lián)的，并且不能經(jīng)歷進一 步的孔隙率轉(zhuǎn)變。在一些情況下，化學(xué)交聯(lián)步驟可以包括使用碳二亞胺試劑對聚電解質(zhì)多 層進行處理。碳二亞胺可以促進在羧酸鹽(或酯)和聚電解質(zhì)的胺基之間形成交聯(lián)。當(dāng)在 處于交聯(lián)所需的溫度下為不穩(wěn)定的基底上形成聚電解質(zhì)多層時(例如，當(dāng)基底為聚苯乙烯 時)，化學(xué)交聯(lián)步驟會是優(yōu)選的。交聯(lián)步驟可以是光交聯(lián)步驟。光交聯(lián)可以使用敏化劑(例 如，光敏基團)，并曝光(例如，UV光、可見光或頂光)，以實現(xiàn)交聯(lián)。可以使用掩模在表面 上形成交聯(lián)的和不交聯(lián)區(qū)域的圖案。用于使聚電解質(zhì)多層的聚合物鏈交聯(lián)的其它方法是已 知的?？梢詫⒓{米顆粒施加于多層，從而為表面提供納米級紋理或粗糙度。納米顆?？?以是納米球，例如硅石納米球、氧化鈦納米球、聚合物納米球(例如聚苯乙烯納米球)或金 屬納米球。納米球可以是密實的或中空的。納米顆粒可以是金屬納米顆粒，例如金或銀納米 顆粒。例如，納米顆粒的直徑可以在1納米和1000納米之間、在10納米和500納米之間、 在20納米和100納米之間或者在1納米和100納米之間。硅石納米顆粒的固有的高潤濕 性以及多層表面的粗糙的且多孔的性質(zhì)為極度的潤濕行為創(chuàng)建了有利條件。超親水性涂層可以在不需要對多層進行處理以引起孔隙率轉(zhuǎn)變的情況下從多層 產(chǎn)生。例如，多層可以包括聚電解質(zhì)和多個親水性納米顆粒。參見例如第2007-0104922號 美國專利申請公布，通過引用將其全部內(nèi)容并入本文。通過選擇適當(dāng)?shù)慕M裝條件，可以用納 米顆粒產(chǎn)生可控厚度的3D納米多孔網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)可以是互連的，換言之，納米孔可以形成 多個連接的孔隙。水向該網(wǎng)絡(luò)中的快速滲透(納米毛細作用)可以得到超親水性行為。包括納米顆粒的多層涂層可以使用整個涂層厚度上的粒徑(因此，孔尺寸)分布 的任意分級來制備?？壮叽缈梢杂深w粒堆積來確定；因此，粒徑和粒徑分布(多分散性)極 大地影響孔和毛細管尺寸。分級的孔尺寸分布導(dǎo)致涂層在整個涂層厚度具有分級的折射 率。在一些實施例中，可以將涂層功能化；具體地說，可以在整個涂層厚度的不同深度以不 同方式將涂層功能化。例如，可以通過控制涂層中的局部粒徑(因此，孔尺寸)分布以及同 樣受粒徑和多分散性影響的毛細管半徑來控制有差異的功能化。功能性部分可以是小分子(例如，水、溶劑、諸如丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、二 丙烯酸酯、二甲基丙烯酸酯、環(huán)氧樹脂、氨基甲酸乙酯、異氰酸酯、硫氰酸酯、苯乙烯類 (sytrenic)等的單體)或聚合物(例如，PDMS、丙烯酸酯封端的PDMS、甲基丙烯酸酯封端 的PDMS、二丙烯酸酯封端的PDMS、二甲基丙烯酸酯封端的PDMS、二丙烯酸酯封端的聚氨基 甲酸乙酯、二甲基丙烯酸酯封端的聚環(huán)氧乙烷或在鏈端具有或不具有可交聯(lián)基團的任何聚 合物等)。該部分可以具有或者不具有反應(yīng)性側(cè)基。該部分可以與納米顆粒表面聯(lián)結(jié)，從而 形成單層或較厚的層。該部分和納米顆粒表面之間的聯(lián)結(jié)可以是離子型的、共價的、基于物 理吸附的或基于化學(xué)吸附的。涂層組裝的方法和功能化的方法可以是獨立的，并且必要時 可以單獨地使用。可以根據(jù)孔尺寸和毛細管半徑選擇功能化，從而產(chǎn)生不同程度的毛細管 凝結(jié)?？梢允褂渺o電介導(dǎo)的和反應(yīng)性的LbL組裝方法來制備涂層?？梢詫⒃S多不同類型和尺寸的納米材料加入到層層組裝的膜中。在一個示例中，聚陽離子型聚烯丙基胺鹽酸鹽 (PAH)可以與帶負(fù)電的直徑為8-50nm的硅石納米顆粒靜電組裝?？梢詫⑦@兩種物質(zhì)制備成 稀的水溶液，可以通過將基底在這兩種溶液中反復(fù)交替地浸漬來形成涂層?？梢酝ㄟ^在具有第一折射率的基底上形成第一厚度的材料來制備分級折射率的 涂層。在第一厚度上形成具有第二折射率的第二厚度的材料。圖1示出包括基底110、第一 厚度120和第二厚度130的表面100。第一厚度120包括納米顆粒140，第二厚度130包括 納米顆粒150。納米顆粒140可以與納米顆粒150具有不同的尺寸。不同尺寸的納米顆粒 可以堆積，以具有不同的孔隙體積。因此，厚度120和厚度130具有不同的有效折射率。通 過選擇粒徑、層厚度和顆粒材料以及功能化來實現(xiàn)對每個層的折射率的控制。在圖4中示出用于折射率為大約1. 49的基底(例如，環(huán)氧樹脂透鏡)的最佳單層 AR涂層的模擬。涂層為107nm厚，并具有大約1. 22的折射率，這可以通過使用LbL組裝來 實現(xiàn)。涂層將其極低的折射率歸因于其由納米顆粒的稀疏堆積產(chǎn)生的高孔隙率，這繼而在 涂層中留下顯著的孔隙體積。參照圖5A，壓差存在于具有有限表面張力的任何彎曲界面(例如，液固界面)處。
納米顆粒的內(nèi)部和外部之間的壓差在等式1中計算
權(quán)利要求
1.一種表面，所述表面包括納米多孔涂層，所述納米多孔涂層包括具有第一孔隙率的 第一厚度和具有與所述第一孔隙率不同的第二孔隙率的第二厚度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面，其中，所述第一厚度包括具有第一直徑的第一多個納 米顆粒。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的表面，其中，所述第二厚度包括具有與所述第一直徑不同的 第二直徑的第二多個納米顆粒。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的表面，其中，所述涂層的厚度小于500nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的表面，其中，所述涂層的厚度小于300nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的表面，其中，所述表面是透明的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面，其中，所述第一多個納米顆粒包括第一功能性部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面，所述表面還包括作為毛細管凝結(jié)物的以所述第一孔隙 率存在的第一功能化化合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的表面，其中，在所述第二孔隙率基本上不存在所述第一功能 化化合物。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的表面，所述表面還包括作為毛細管凝結(jié)物的以所述第二孔 隙率存在的第二功能化化合物。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的表面，其中，所述第一功能化化合物和所述第二功能化化 合物是不同的。
12.—種涂覆表面的方法，所述方法包括將具有第一直徑的第一多個納米顆粒放置在基底上；將具有與所述第一直徑不同的第二直徑的第二多個納米顆粒放置在所述基底上。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，所述方法還包括將所述第一多個納米顆粒暴露于 第一功能性部分。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，所述方法還包括將所述第二多個納米顆粒暴露于 第二功能性部分。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述第一功能性部分和所述第二功能性部分 是不同的。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述表面是透明的。
17.一種涂覆表面的方法，所述方法包括在基底上放置具有第一折射率的第一厚度的第一材料；在所述基底上放置具有第二折射率的第二厚度的第二材料；將所述第一材料和所述第二材料暴露于功能性部分。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，所述方法還包括選擇包括具有第一尺寸的多個納 米顆粒的第一材料。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，基于期望的第一折射率選擇所述第一尺寸。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，所述方法還包括選擇包括具有第二尺寸的多個納 米顆粒的第二材料。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，基于期望的第二折射率選擇所述第二尺寸。
22.—種涂覆表面的方法，所述方法包括選擇能夠形成具有第一期望的毛細管半徑ra的毛細管空隙的第一多個納米顆粒；在基底上形成涂層，所述涂層包括所述第一多個納米顆粒；將所述涂層暴露于能夠在具有所述第一期望的毛細管半徑ra的毛細管空隙中形成毛 細管凝結(jié)物的功能化化合物的蒸氣。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，所述方法還包括選擇能夠在具有所述第一期望的 毛細管半徑ra的毛細管空隙中形成毛細管凝結(jié)物的功能化化合物。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，所述方法還包括選擇能夠形成具有第二期望的毛 細管半徑r。2的毛細管空隙的第二多個納米顆粒。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中，選擇所述第一多個納米顆粒、所述第二多個納 米顆粒和所述功能化化合物，使得所述功能化化合物能夠在具有所述第一期望的毛細管半的毛細管空隙中形成毛細管凝結(jié)物，但是基本上不能在具有所述第二期望的毛細管 半徑r。2的毛細管空隙中形成毛細管凝結(jié)物。
26.—種表面，所述表面包括納米多孔涂層，所述納米多孔涂層包括預(yù)先選擇的孔隙率 和預(yù)先選擇的功能化化合物，所述功能化化合物在所述孔隙率內(nèi)毛細管凝結(jié)。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的表面，其中，所述納米多孔涂層包括多個無機納米顆粒，所 述多個無機納米顆粒具有在納米顆粒之間的毛細管空隙。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的表面，其中，所述功能化化合物是聚合物或聚合物前體。
全文摘要
一種超親水性涂層可以是減反射的且防霧的。所述涂層可以在延長的時間段內(nèi)仍然是減反射的且防霧的。所述涂層可以具有分級的折射率。用于晶片級光學(xué)器件的所述涂層可以用于在包含納米顆粒的且適應(yīng)回流的涂層中的期望的毛細管凝結(jié)。
文檔編號B82B1/00GK102066009SQ200980122681
公開日2011年5月18日 申請日期2009年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月16日
發(fā)明者則克瑞亞·格米慈, 羅伯特·E·喬恩, 邁克爾·F·拉布納爾 申請人:麻省理工學(xué)院