一个迷你点评:抗反射涂层处理技术、应用和未来的角度来看

文摘

抗反射涂层(AR)广泛应用于消除不必要的AR涂层衬底表面反射。在不同的光电设备,基于“增大化现实”技术的涂料有潜在使用光伏太阳能电池,传感器,显示设备,汽车行业减少反射、眩光、提高透光率。自然现象激发研究人员,他们生成仿生AR涂料复制蛾等自然的眼睛,或蝉的翅膀制造高效的光收获AR涂料。在当前的评论文章中,我们分析和评估关键工艺的进展和最新发展的基于“增大化现实”技术的薄膜组成的有机涂料、无机涂料、聚合物AR涂料和仿生AR涂料。我们主要强调的基于“增大化现实”技术的涂料制造不同的方法和技术挑战的真实可靠性。最后,我们应对未来挑战和潜在的策略为他们即将到来的前景。

关键字

抗反射、仿生涂料、折射率、机械耐用性、多孔纳米结构

介绍

的反射是一种光学现象,是本能和遍布光在介质具有不同的折射率(η)接口。光反射是一种不良的现象在各种光学仪器,如眼部产品,眼镜,传感器但在镜子或可取的过滤器。研究人员设法减少这种不良的光通过使用不同的策略,蚀刻方法或模式与一个电影被称为抗反射表面(AR)涂层减少反射,提高透光率。光反射在垂直入射角度从冕牌玻璃近4%(η= 1.52)1,2从锗)和36%(η= 4.0)3)在空气中的接口媒体在波长550纳米。反射光影响和阻碍光学元件AR表现在两个方面。首先,反射光失去了从主光束削弱了图像。其次,部分反射光当损害图像表面影响由于隐形眩光对比。改善提高透光率,减少反射光线光学仪器已经通过使用适当的基于“增大化现实”技术的涂料也称为“盛开”。菲涅耳方程努力序文的反射率和反射光学元件的数学模型在中断在透光率(4,5]。根据Augustin-Jean菲涅耳,入射光的反射回来的接口是测量光反射率和透射率措施显示其余部分传播(折射)[5]。的向量模型来理解光的干涉机制条件单一的基于“增大化现实”技术的涂层是否合法了图1一个。的基本理论从AR层生成反射取决于假设后,1)事件之间的均匀和不吸收介质入射光的光学表面和周围的媒体,2)光学散射在相互作用被认为是微不足道的。两个条件是必要的,为实现零所需最小值在一个特定的波长使用单一均匀致密层我)选择适当的涂层材料的折射率是介于周围媒体和支持衬底ii)基于“增大化现实”技术的光学厚度涂层相当于四分之一的波长。当一个薄涂层满足这两个条件,可以最小化所需的波长的反射几乎为零。

在数学上,它是用η表示_c=(η_oη_年代)^1/2和dc =λ/ 4 xη_c)。在这里,η_年代代表衬底的折射率,η_o是空气的折射率,η_c代表影片的折射率,dc是基于“增大化现实”技术的涂层的厚度。

关键概念降低不必要的衬底的界面的光在空气中媒体分为三个类别。四分之一波长的我)使用基于“增大化现实”技术的涂料、ii)多层AR涂料或iii)分级指数基于“增大化现实”技术的涂料增强透光率根据应用程序的需求。

制作透明介质中不同的方法提出了基于“增大化现实”技术的涂料由单一的基于“增大化现实”技术层、多层AR涂料、或分级索引涂料。基于“增大化现实”技术的涂料应用和使用为审美目的或提高设备SiO等功能₂nanodomes玻璃衬底上增加透光率高达92%相比,裸玻璃(89%)通过光刻(适用于太阳能光伏应用程序6]。一层一层地(LBL)的混合金属氧化物沉积在石英与超亲水表面有98%的透光率可能适用于水下成像设备。2 ul利差的水滴在< 2 s混合金属氧化物涂层(7]。高频振荡器₂基于“增大化现实”技术的涂料在硅磁控溅射显示了退火对AR的影响由于η的增加从而增加包装薄膜的密度(8]。

单、双层和多层AR涂料

日益增长的技术发展在光学设备和光电设备在工业规模奠定了几对光学工业的要求。光学仪器在商业层面需要超薄涂层,基于“增大化现实”技术的熟练程度在更广泛的波长区域和留住AR效率斜光入射角在热电阻率和机械耐久性。研究人员使用不同的科学技术从设备表面不良的光反射率降到最低。不同的传统方法被用来减少相对于红光如制造单、双层或多层AR涂料。在光伏产业中,硅作为主要吸收材料,涂上一层薄薄的氧化层厚度的硅等65海里₃N₄(η= 2.02)减少了反射在550纳米,而剩余部分反映了近5%反射在可见区域(9]。在此,我们存款密集的高频振荡器₂(η= 2.02)单层薄膜厚度的68纳米硅衬底上使用电子束的基准压力3 x 10⁴和沉积角(α)固定在0°。光学仪器的手臂思想是用来测量的基于“增大化现实”技术的性能as-deposited二氧化铪涂层所示图1 b。我们实现反射率最小值在650 nm大幅增加双方的反射波最小值在可见的地区。层AR涂料的主要缺点是,它可以减少反射特定波长和基于“增大化现实”技术效率下降的角度入射光(AOI)不同正常发病率由于光学路径长度的不同倾斜角度的相对于一个正常的角度。其次,有限的材料可用自然有低η适用于单层AR涂层要求。玻璃基板(η= 1.52)需要一个单层涂层有η= 1.2,在自然界中并不存在。通常,MgF₂用于沉积一层玻璃,因为它有最低η= 1.32,自然存在。现在这个问题解决了制造多孔纳米结构通过调优的η涂层孔隙度(10]。有效介质近似计算帮助生成填充因数和孔隙多孔结构根据所需的要求(11,12]。波尔曼和他的同事们使用溶胶凝胶和软存款120纳米单层SiO印记技术方法₂nanocylinders有直径245纳米(η= 1.20),减少反射< 0.57%时可见地区单层多孔二氧化硅涂层两边的玻璃(13]。技术应用的发展进步进步AR涂料和不同的单层纳米设计,复合的结构或聚合物混合动力车已经制作,具有低反射率更广泛光谱地区。复合SiO₂——聚四氟乙烯涂料14),SiO₂/ TiO₂颗粒层(15,16),TiO₂基于“增大化现实”技术的涂料(16),SiO₂聚合物复合涂料(17],spirooxaize-polystyrene涂料[18),SiO₂介孔纳米粒子(19]或聚合物AR涂料(20.)的常见例子单层AR涂料反射最小化在更广泛的地区没有关注其他属性,如机械热或不润湿性质。单层AR涂料适用和理想的在不同的激光应用(21,22],光敏二极管[23),发光二极管(24- - - - - -26)或太阳能电池(27- - - - - -31日)应用程序。由于有限的带宽和反射率最小值在一个较小的光谱区,这些都不是适用于显示设备,屏幕或眼睛穿光学仪器。单一的致密层涂料的限制是限制由于波长的依赖,和不履行的全向基于“增大化现实”技术的性能。

双层的基于“增大化现实”技术的涂料和多层涂层设计克服这个问题,满足需求。实验结果证明双层AR涂料的ηe显著减少在500 nmηeη安排在这个订单₀<η₂<η_年代<η1。双分子层涂料被称为v形涂层或w型由于其反射率曲线(32,33]。双层涂层设计的缺点是,一个人不能获得广泛地区的基于“增大化现实”技术的效率。在双层AR涂料通常面临的顶层周围介质(空气)的折射率低于底层靠近衬底。履行相消干涉,每一层的厚度在一个双层涂层相当于半(λ/ 2)或四分之一波长(λ/ 4)。不同的研究小组制造双层AR涂料这一原则、罪和SiO₂(34)沉积等离子增强化学气相沉积(PECVD) "太阳能电池应用,MgF / SiNx晶体太阳能电池(35),SiO₂/ TiO₂自洁AR涂料是双层的一些例子涂料(36- - - - - -38]。

肖(39制造一个双层涂层与三波长使用溶胶-凝胶方法基于“增大化现实”技术的性能。底层的厚度是113海里(η= 1.27),由酸催化和碱催化硅溶胶。表层的厚度是245海里(η= 1.17)开发的聚丙烯改性硅溶胶。聚丙烯不仅导致疏水性的基于“增大化现实”技术的电影,还有效地降低了表层的η。他们实现减少反射在351海里,527 nm和1053 nm波长的透光率为99.7%,99.1.1%和98%。不能忽视AR涂层的硬度和non-wettability特点在暴露在温和的情况下,为户外曝晒潮湿的环境。大多数以前的双分子层涂料只关注提高基于“增大化现实”技术的性能。这是一个需要保持平衡的光学性能和AR涂层之前设计的机械强度。Ruoyu陈(40)利用硅和MgF编造的双层复合涂层₂η的1.35和1.10,平均透光率99.1%的更广泛的波长范围覆盖了可见光和近红外光谱区域(400 nm - 1400 nm)。这种涂层具有水接触角表面改性后的152°。雷竞技网页版最上面一层是致密(孔隙度为10.7%),所以双层涂层通过铅笔硬度测试(5小时),和承受负荷(Lc) 27.05 n。复合涂层的SiO₂和TiO₂显示全向基于“增大化现实”技术的效率和pc(聚碳酸酯)塑料制成的床单和眼科镜片透光率> 99% (41]。波长选择性AR涂料的优化各个层的厚度和折射率的双层涂层堆栈在光学领域也是一个有利的因素。类似于单层AR涂料、双层涂层也可以准备使用单一材料通过调优的η涂层材料,而使用复合材料提供的灵活性设计双层涂层。例如,SiO₂,TiO₂或高频振荡器₂被用于双层涂层在不同的基质。我们存款双层TiO₂涂料使用电子束3 x 10⁴基硅压力底物使用掠射角沉积技术。我们减少硅的反射率(36%在550海里)< 5%的可见区域一波浸在550 nm和650 nm)适用于不同的光电应用程序所示图2 a和2 b。

Xin-Xiang张(42)设计和制造一个双层双-波长摘要报道了疏水性AR涂料由溶胶凝胶方法使< 1%的反射率在1064 nm和532 nm激光的应用程序。他们调整的η二氧化硅粒子从1.30到1.13中所示图2 c。双分子层的表面改性涂层大大发展双分子层膜的疏水性和水接触角增加从23.4°- 160°。雷竞技网页版高频振荡器₂双层涂层沉积的电子束在石英机,FTO和冕牌玻璃给< 1%全向基于“增大化现实”技术的性能与可调谐性可见波长范围。这些基于“增大化现实”技术为导电涂料是可行的光学仪器由于介电特性的双层涂层所示图3(1,43,44]。

双层AR SiO₂涂层在硅衬底可以减少反射(< 0.01%),可见地区太阳能电池应用程序(45]。然而,这种涂层的限制限制了他们的使用更广泛的规模由于多孔,脆弱的本质涂层机械强度弱。它是一个未来的挑战发明一种机制来加强多孔层基于“增大化现实”技术的使用在光学领域。

多层涂料类似于双层AR涂料,包括另外的高、低折射率材料创建反射光的相消干涉。可以使用一个不同的高、低折射率介质组合电影(46,47通过调优η[]单一的氧化膜43]或密集的混合物或多孔连续层根据核心应用程序(47,48]。多层AR涂料生成基于“增大化现实”技术在更广泛的波长区域或multi-dip效率所需的波长范围(49,50]。SiO₂,TiO₂多层AR涂料是一种最常见的组合复合AR涂料用作高和低指数涂料实现基于“增大化现实”技术在更广泛的地区在玻璃基板51,52]。有各种因素限制使用多层的基于“增大化现实”技术的涂料,如多层堆栈粘附强度的接口,不匹配的热性能不同的氧化物涂层,复杂,复杂的制造过程,机械稳定性衰减由于多层堆栈,和昂贵的成本限制了其使用。最近在超材料基于“增大化现实”技术进步涂料打开一个新的方向制造超薄涂料(53,54]。

制备方法

不同的制造方法和技术已经使用了基于“增大化现实”技术的薄膜的制备。制作的方法基于“增大化现实”技术的电影分为两大类方法我就下起来ii-Top下来。自下而上加工包括溶胶-凝胶法等方法处理(55- - - - - -58),化学蒸汽沉积(CVD)技术(59- - - - - -61年),磁控溅射52,62年),plasma-enhanced化学蒸汽沉积(63年- - - - - -65年)或物理气相沉积(PVD)技术(66年,67年]。自顶向下的方法是有限的干态和湿蚀刻的方法。许多研究已经做了在基于“增大化现实”技术的涂料用PVD和CVD方法生成优秀的全方位AR涂料实际用途。这里我们回顾一些简单技术和涂层基于“增大化现实”技术的效率。

自底向上的方法

溶胶-凝胶技术:在溶胶-凝胶法制备高化学活性成分混合液体形式用作前体。不同的金属醇盐等有机前体,羧酸盐,二酮或有机盐是用于启动反应。一个透明的溶胶电影形式的水解缩合反应。后,索尔聚合成凝胶的分子结构连续固体网络没有流动的液体。最后,纳米结构的溶胶-凝胶法推导出电影形式固化。烧结和干燥步骤执行的必要条件。主要利用溶胶凝胶技术在制造薄膜是一个可以很容易地改变表面化学和控制薄膜的折射率,通过体细胞。不同参数影响最后的溶胶凝胶准备AR涂料如化学组合、浓度、温度、成分比例,混合基质材料,制造技术或序列。溶胶凝胶技术是子分为不同的类别包括浸渍方法[68],旋转方法,层流的方法。溶胶-凝胶法处理技术广泛应用于硅太阳能电池的应用程序。 Various organic-inorganic metal oxides coatings were fabricated by using sol gel technique such as HfO₂电影(69年]。

旋转涂布:旋转涂布技术广泛用于有机,无机,有机-无机溶液制备的薄膜涂层大面积结构均匀性。在旋转涂布方法;衬底绕轴旋转,垂直于涂层晶片。涂层厚度控制的旋转速度、溶液粘度和旋转时间(70年]。四个步骤涉及到旋转涂布加工包括沉积,自旋向上,剥离和蒸发所示图4。在第一步中,为了避免不连续在电影准备大量的液体沉积在一个旋转的衬底,慢慢地旋转。在旋转过程中,衬底晶片是高速旋转形成的制服,均匀电影通过生成的波阵面时对晶片边缘流。剥离阶段是沉积过程中过量的溶剂之间的晶片被旋转2000转到8000转,和流体薄一个级别,其流停止和粘度增加。蒸发是最后也是最后一步,薄膜属性是相关的。如果蒸发步骤进行薄膜代之前,然后生成涂料中的某些缺陷。各种各种各样的密集有序薄膜的形成发生通过控制旋转速度(71年]。Kikuo实在,et al。72年)制造单层SiO₂在蓝宝石衬底在300纳米粒子尺寸与表面平均覆盖率为72%,可见地区和透光率> 80%,25秒的时间间隔。同样,Ganguli伪造SiO₂涂料的颗粒大小34纳米硼硅冠玻璃衬底上通过旋转涂布减少反射近红外光谱范围< 4% (900 nm - 1250 nm) [73年)的折射率1.21和68%的孔隙度。SiO许多研究已经完成₂纳米颗粒和薄膜制造全向光收获AR涂料其潜在的应用在太阳能电池在商业层面上使用自旋的方法(31日,74年- - - - - -78年]。

与有机和无机材料相比,高分子材料在光学领域也显示一个巨大的趋势。由于可用性,容易加工和强烈坚持支持基质,特别是附着力强塑料基板使其适用于商业用途。早些时候已经提出不同的方法制造多孔聚合物薄膜,达到理想的基于“增大化现实”技术的效率。Zhang et al。79年)展示了制作PAA / PDDAsilicate多层电影中的可见光波长区域的透光率99.86%的石英衬底层(LBL)技术。,很少基于“增大化现实”技术的涂料有限制和局限于某些波长的光谱范围和光线入射角影响透光率特性的影响(80年- - - - - -82年]。

汉族,et al。7)建立了一个有效的技术和梯度折射率聚合物AR电影做准备。他们获得了polystyrene-block-poly(甲基丙烯酸甲酯)(PS-b-PMMA) /到十八烷基三氯硅烷(OTS)的两边的玻璃基质支持使用旋转涂布在3500 rpm 30年代。他们获得了多孔纳米结构梯度孔隙度在垂直方向。他们制造四个不同nanocoatings通过改变浓度(18日27日,32岁的和36毫克毫升¹)使用四氢呋喃和甲苯控制梯度孔隙率和膜厚度增加从上到下的涂层。有厚度的27个球型的基于“增大化现实”技术的电影¹显示更好的基于“增大化现实”技术的性能相比在可见光和近红外光谱区域使用不同浓度与其他多孔AR涂料等18个球型投手¹(71海里)足够薄,以满足基于“增大化现实”技术的性能。32球型¹(287海里)厚度显示偏差在透光率来表示图5。准备的聚合物分级膜厚度的225海里给宽带全向AR(97%),可见(400 nm - 800 nm)和(800 nm - 1200 nm)近红外光谱光范围(55)不同入射角(AOI)在0°之间60°(图1 b)。

他们的制造技术的优点是,它不需要任何治疗或多个步骤,即退火温度。旋转涂布AR涂料的主要缺点是,很难制造基于“增大化现实”技术的涂料在商业规模的应用程序不能使用大的基板和旋转速度一定高。

浸渍涂敷:浸渍涂敷,胶体是蒸发诱导自组装在晶片衬底慢慢退出了胶态悬浮体。图6示意图表示支持所需的基质沉浸在溶胶形成湿薄层。根据实验要求,衬底退出控制液体的温度和大气条件。周围的气氛控制溶剂的蒸发导致凝胶在电影形成的结果83年,84年]。

热处理然后致密膜,和致密化温度取决于制造涂料的组成成分。Cathro [85年)设备制造SiO的过程₂基于“增大化现实”技术提高涂料使用基于乙醇的硅溶胶透光率盖板的收集器使用浸渍涂敷方法消除反射损失的60%。钒氧化物涂层由浸渍涂层提高冻干后透光率(86年]。

TiO₂nanotexture [87年)涂料用作覆盖细胞由浸渍涂层(6毫米/秒)给光透射率和自洁能力适用于光伏电池。这种方法的主要缺点包括制造过程缓慢,与其他方法相比。其次,小层区域,最终产品的不均匀,或化学物质的使用往往过于活性腐蚀基体本身。

物理气相沉积(PVD)

物理汽相沉积技术是指真空蒸发沉积方法包括三个步骤,包括目标的材料,从目标转移衬底和沉积在衬底上。最常见的电子束物理气相沉积(PVD方法88年,89年),溅射淀积(2,90年)、脉冲激光沉积(91年,92年)和阴极电弧沉积的材料经历了从凝相气相的形成薄膜或涂层。PVD方法具有影响力的作用在控制形态、沉积薄膜的厚度和孔隙度。早些时候生产基于“增大化现实”技术的研究已经完成涂料制造几乎适用于光学领域和眼睛穿设备(93年]。

使用磁控溅射沉积、基于“增大化现实”技术的涂料在大平面基板包括电视屏幕和电脑显示器(94年]。Bartzsch et al。95年)制造皱的过滤器给< 0.5%的反射率在440 nm - 620 nm波长区域。这些窄带皱的过滤器有潜在的应用在激光应用和护目镜。颜色由磁控溅射AR涂料制造潜在的应用在建筑和水泥行业96年]。人们很容易产生高度多孔和不同的纳米结构通过优化加工参数。斜角度可以很容易地改变电影的密度比较茂密的电影。同样,SiO₂η减少从1.45到1.05,TiO₂通过改变沉积角η从2.54到1.30 (97年,98年]。斜角沉积有助于制造基于“增大化现实”技术的涂料,以减少反射在更广泛的波长范围[99]。以前不同的研究小组专注于沉积多层复合使用TiO AR涂料₂-SiO₂作为目标材料诱导η逐渐改变和控制薄膜的孔隙度One hundred.]。高频振荡器₂电影(69年]在FTO和蓝宝石衬底也显示宽带可见地区的基于“增大化现实”技术的效率。

掠射角沉积技术(高兴):高兴技术起着影响作用在控制nanotexturing涂层材料的孔隙度。这种技术不仅控制个别层的孔隙度,也导致折射率从上到下逐渐改变底物在周围的媒体。可以存款与不同孔隙度和质量流量不同的纳米结构涂层通过控制加工参数包括掠射角、衬底静态或旋转条件下,沉积速率、基准压力和沉积时间根据实验需要(101年- - - - - -103年]。

Zhang et al。42)改变高频振荡器₂折射率从1.9到1.30通过改变斜角度(α)从0°- 88°在550 nm波长扫描电镜图像所示的单层高频振荡器₂存款在不同掠射角图7(1,44]。斜角高度影响纳米结构形态由于投影效果。一个可以调整空间的比例和质量通量掠射角。nanocolumns变得更加面向和高度统一,区分结构形成的不同α相比,低掠射角。

图7显示了高度的批量转换厚膜多孔薄膜沉积的影响下角。单层高频振荡器的η₂在550纳米波长测量显示偏差随着α由于孔隙的形成和毛孔as-deposited电影。修改的高兴技术是重要的纳米结构的单层或多层涂层通过控制α和加工参数。

SiO₂和TiO₂电影分级指数的进步改变η是由变化的毛孔和填充因数比空气的密度与单个层中使用磁控溅射(104年]。到那个时候,大量勘探是以制造AR涂料使用高兴技术。

Chhajed [105年)制造SiO₂基于“增大化现实”技术的涂料和调优η从1.47到1.07通过改变沉积通量斜角硅的沉积和降低反射率从37%到5.05%在可见光和近红外光谱区域(400 nm - 1100 nm)。同样,张集团(43)建立一个简单的方法来制作宽带AR涂料使用高兴技术用一个材料二氧化铪蓝宝石上并使用高兴FTO方法。他们改变个人的折射率层trilayer涂层通过改变沉积角在一个单一的步骤以避免惩罚或污垢粒子。沉积的斜角度0°、80°、88°为trilayer梯度折射率涂层。沉积薄膜显示全向基于“增大化现实”技术的热稳定性高达300°C适合热手术设备。

如今不同群体试图使用电子束存款聚合物涂料。我们组也在沉积聚合物先驱之一AR涂料使用高兴技术。我们在FTO存款聚四氟乙烯(氟掺杂氧化锡)衬底α= 86°的一侧衬底和减少其反射率从9%在整个可见地区近1%通过聚四氟乙烯涂层所示图8。

制造涂料适用于导电光电仪器给全向基于“增大化现实”技术的效率。聚四氟乙烯AR涂料的好处是,他们拥有自洁能力没有任何表面处理后由于氟聚合物的存在使得他们石油排斥力和防水作用。限制了其使用的主要原因是在真实的应用程序中固有的脆弱本质上纳米多孔表面结构。然而,上层多孔几何结构和表面改性贡献积极的自洁能力暴露在潮湿的环境。

自顶向下方法

蚀刻涂料:弗劳恩霍夫是第一个注意到蚀刻玻璃最小化了反射率和意外发现,涂层表面蚀刻时反射降低硫和氮蒸汽耐候性。仿生复制方法是基于这个概念。江和他的同事们使用这个简单的概念的腐蚀,减少表面反射率在可见光谱(< 1%106年]。同样,王。Min组报告moth-eye乳头在锑化镓纳米阵列基板的制造使用腐蚀方法。涂层展品宽带anti-reflectance适用于thermovoltaic应用程序(107年]。何鸿燊赢得张成泽(108年)经济发展低成本的方法来制造等级nanotextured玻璃用干蚀刻硅珠产生超疏水自清洁AR涂层与水接触角158°,反射率小于4%的可见光谱。雷竞技网页版总裁气(109年)集团发展硅nanocones硅片上生成高性能的基于“增大化现实”技术的更广泛的波长范围的涂料反射率为0.7% 400 nm 1050海里展示super-hydrophobic氟化后财产(164°)。蚀刻硅表面在不同条件下打开一个网关在太阳能应用在商业规模。金字塔形的纳米结构组装的蚀刻硅片在AR涂料应用中是非常有用的110年]。几何图形,即气缸,金字塔,广场的形状,大小,纳米结构的直径和高度的纳米结构极大地影响最终的基于“增大化现实”技术的涂料的性能。nanotexture表现得像一个梯度指数电影基于有效介质近似和填充因子。不同的开发过程AR涂料等太阳能电池应用电化学蚀刻硅太阳能电池(111年]。同样,多孔硅是制造multi-crystalline Si基质在水高频/ HNO使用染色剂腐蚀₃解决方案。制造多孔硅结构降低了表面反射率> 3%波长范围(400 - 800 nm) (112年]。一个可以修改和优化的折射率在SiO孔直径和螺距₂通过使用氢氟酸(113年]。化学和电化学蚀刻制造基于“增大化现实”技术的涂料用于硅太阳能电池的应用程序,但这限制了这种方法的主要缺点是多孔层的脆性性质(113年]。众多研究小组也关注聚合物AR通过化学腐蚀涂层。化学腐蚀方法来生成基于“增大化现实”技术的涂料常用的20倍^th世纪由于简单的制造工艺和低成本114年,115年]。在化学腐蚀,腐蚀溶解可滤取的组件生产多孔AR涂层η低于基材。化学方法的主要缺点是,他们需要大量的表面活性剂,或有时化学反应腐蚀基体本身,或者有时副产品形成影响的基于“增大化现实”技术效率最后涂层处理过程中积累的杂质或灰尘也会影响基于“增大化现实”技术的性能。

仿生AR涂料

Bioinspired AR涂料如蛾眼睛也称为复合眼睛是用于生成高效的基于“增大化现实”技术的涂料。伯纳德是第一个研究人员研究蛾眼的外表面角膜镜片和推导锥形凸起的高度几乎是200海里(107年]。后来,蛾眼结构被克拉珀姆进一步调查和Hutley紧随其后的是不同的研究小组116年]。蛾眼纳米结构在玻璃透光率提高到99.80%,但这些涂料由于脆弱的结构几乎不适用。角膜乳头高度面向秩序和统一安排116年]。不同的研究小组制造AR涂料复制蛾眼纳米结构如JW Leem集团(117年)准备蛾眼锥形nanopatterned电影在玻璃表面软压印光刻技术。制作电影是疏水性水接触角为112°,透光率93%的宽光谱范围覆盖了可见光和近红外光谱区域(350 n雷竞技网页版m - 1800 nm)。紫外线照射下的涂层显示优良的热稳定性(10小时),及热处理的120°C。这些涂料都有潜在的应用在GaInP / GaInA PV模块,因为它增强了电流密度从14.68到14.07在正常光线入射角。除此之外,它还显示了全向基于“增大化现实”技术的效率在各种光线入射角10°-70°。这种蛾眼的纳米结构具有广角AR效率与混合属性有利于多结光伏应用程序(117年]。同样,蛾的眼睛像nanopillars凸透镜被selfassembling制造纳米粒子和等离子蚀刻透镜提高透光率的渐变折射率从周围空气介质和< 1%反射波长590纳米。这种涂料是应用于相机镜头减少眩光和釉图像由于全内的现象。此外,与氟化聚合物表面改性提高其水培和自洁能力没有影响它的基于“增大化现实”技术的效率(118年]。

应用程序

人不能否认AR涂层的影响,使用和意义在当今高科技发展的技术工业应用对医学和生物工程领域。新兴技术创新和企业需求增加兴趣多功能基于“增大化现实”技术的涂料。以商业规模、AR涂料曾作为一个积分环节增加不同的光电设备的输出效率。AR涂料是一个重要的组件在太阳能电池、发光二极管(led),望远镜,灵活的显示设备,眼科,阴极射线管(crt) [119年),液晶显示设备(液晶显示器)120年显示面板,户外板(121年),或在汽车行业提高透光率(122年]。制造工艺、基质选择、材料选择、折射率、精确的基于“增大化现实”技术的涂层厚度和均匀性是至关重要的实现高性能和良好的收益率在光学设备。AR涂料led提高输出功率,低功耗,降低设备由于裹入光子芯片内部加热。香港李存款某人/ SnO₂AlGaInP和提高输出功率26%至350 mA没有恶化的电气性能与传统的领导(119年]。T近藤提高氮化效率的发光二极管在蓝宝石和碳化硅衬底高达3.7%和3.2%,表面纹理和复制蛾眼睛用低能电子束投影光刻(LEEPL) [123]。燕,et al。124年)存款全向双分子层氧化铝AR蓝宝石上涂层,提高led的光提取效率高达8%所需的远紫外线感光设备。火焰监测所需的远紫外线光设备,光纤干涉光刻,探测器镜头或飞秒激光器(125年]。早些时候,显著提高领导效率的不同研究小组使用AR涂料如UV-LED GaN双打的效率在365 nm波长(126年),Al2O₃输入/ InGaAsP led光学通信(127年),LEDs-optical镜头[128]Al2O₃tio₂基于“增大化现实”技术的涂料为红灯有机电致发光设备(129年),铝纳米颗粒通过co-sputtering GaN-LEDs Al2O (130 - 132)₃氧化锌₂GaN-LEDs [133年- - - - - -136年),氧化锌₂发光二极管(132年,135年),铟锡氧化物纳米发光二极管(137年- - - - - -140年]。其中有些方法适用于商业,但很少是局限于实验室由于昂贵的基础,艰难的过程和受损的诱导过程虽然一些技术局限于小面积led与次要的当前值。这是一个进步的前提一个成本有效的基于“增大化现实”技术制造方法和可靠的产品质量和标准。

同样,基于“增大化现实”技术的涂料在光伏设备仪器性能显著提高。太阳能等自然资源的使用是一种环境友好型可再生能源光伏(PV)设备提高功率转换效率。在商业光伏组件、太阳能玻璃是不可或缺的组件保护大气的太阳热能收集器;气候变化和恶劣的环境条件。太阳能模块,前面接触玻璃表面没有近4%阳光和AR涂层反射降低太阳能电池的整体效率141年]。光伏应用的基于“增大化现实”技术涂层提高太阳能电池效率和减少的反射损失。AR涂料玻璃封面上扮演着至关重要的角色在光伏设备防止风化和气候风险。不同的研究小组建立了先进的基于“增大化现实”技术的涂料制造方法来提高太阳能电池操作效率(141年,142年]。钠钙玻璃、浮法玻璃、硼硅玻璃或铸玻璃是常用的PV光学设备(142年]。San Vicente [141年)编造的二氧化硅AR对硼硅酸盐玻璃涂料使用溶胶-凝胶方法实现稳定(0.97%)透光率和长期耐久性(> 1年)。宝拉,et al。143年)检查和研究硅光伏降解机制的环境暴露后长时间使用不同技术的视觉检查,导电性评价和红外温度记录。他们的结论是,分层、磨损、AR涂层氧化、腐蚀性和玻璃风化主要缺陷影响光伏效率。不同因素影响的最终效率PV模块包括安装位置、安装条件、和制造过程。李贾(144年TiO)报告₂/ SiO₂和ZrO₂/ SiO₂双层AR涂料在光伏模块和比较它与多孔SiO机械耐久性₂层显示机械增加耐用性和热电阻率温度高达121°C。紫外线(UV),基于“增大化现实”技术的涂料制造用聚合物作为KrF AR层底部(248海里)激光,用于提高耐用性(145年]。公司基于碳纳米管和石墨烯的硅异质结光伏模块打开一个新趋势,提高光伏模块的生产率(146年]。沼泽,et al。146年)提高聚合物太阳能电池效率高达16%使用单壁碳纳米管(碳纳米- 0.125%重量)为电荷转移提供一种有效的途径。以前多值得称道的研究来提高太阳能电池的效率。碳/量子点敏化太阳能电池(QDSSCs) [147年),聚合物光伏与Ag-ink喷气机(148年),硒化铅公司在太阳能电池149年,150年碳纳米管),功能改善光伏产量(151年,152年]或聚苯胺纳米管吸收在聚合物太阳能电池153年]。其中的一些并不适用于现实生活应用程序由于阻挠对大规模生产制造过程。光伏模块需要基于“增大化现实”技术的涂料需要特定的标准包括宽带波长稳定的基于“增大化现实”技术的性能根据光伏模块寿命(> 20年)和低制造成本154年]。国际电化学委员会(IEC)提供了一个标准模块测试根据太阳能模块必须忍受热试验了近1000小时(154年]。

除此之外,基于“增大化现实”技术的涂料也提高了视觉显示设备的性能、相机、镜头、眼睛穿或多层涂层(Sb-SnO等液晶显示器₂tio₂SiO₂在CRT管提高CRT的基于“增大化现实”技术的性能(155年]。在液晶显示器的组合改变金属(10 nm-40 nm)和非金属(< 40 nm)薄层增加亮度(120年]。TiO₂-SiO₂由磁控溅射复合AR涂料制造[52],多层AR涂料或显示器的显示面板156年),基于“增大化现实”技术的涂料展出过滤器(157年透光率高,它还提供了电磁干扰屏蔽。基于“增大化现实”技术的涂料在等离子体显示面板158年,159年]或SiO₂AR涂层屏幕系统通过浸渍方法在航空和航空领域(160年)大大提高了仪器的性能。基于“增大化现实”技术的实际接触涂料在任何技术光伏应用程序中,显示设备,发光二极管,或任何光学仪器,基于“增大化现实”技术的耐用性、粘附强度和防腐性能是至关重要的,以确保其一致的性能和可靠性要求额外的详细调查。

结论和未来的角度来看

不能否定AR涂料在今天的日常生活的重要性,简要地讨论了大纲和基于“增大化现实”技术的应用。AR涂料被用于广泛的新兴应用在光学领域包括不同的工业领域,从潜艇、军事设备、太阳能电池、发光二极管、眼镜、激光应用、航空传感器,或汽车,工业应用包括光电设备等。161年]。现在制作混合涂层是很常见的低放射性的应用程序与自洁能力。集成的基于“增大化现实”技术的属性一起电镀铬打开一个新的技术发展方式。这样的一个例子是titaniabased AR钨复合涂料与照片电致变色的效率(162年]。研究热变色AR涂料也打开另一个方向,在光电领域如签证官₂薄膜智能涂料可用于宇宙飞船太阳盾,固定光学百叶窗、光学开关、热水瓶光学调节器由于氧化钒的相变特征(163年]。第一代传统单一,双层AR涂料仍然是适当的激光应用但有限的在各种光学元素由于反射最小值小的波长区域和葵的依赖。使用多层AR涂料解决这个问题,在过去的几十年里在市场水平,但是现在这些都是被更先进的基于“增大化现实”技术的涂料由于其复杂的制造过程,和经济上昂贵的约束在商业层面上使用。蛾眼像仿生纳米结构解析的问题全向AR和替换以前的涂料在不同的光学设备,提高透光率由于易于制造和低成本相比,多层涂层堆栈。这些蛾眼和逆蛾眼纳米结构组装在消声室减少微波反射在毫米164年- - - - - -166年]。同样,蛾眼纳米结构沉积有机太阳能电池可以提高电池的性能。现在制造技术是环保提供研究人员兼容环境的方法在光学领域的技术创新。基于“增大化现实”技术的涂料广泛应用在光电应用程序中,但是,有一个问题他们的机械韧性和很强的粘附强度。对他们的性能在户外的应用程序和环境暴露在很长一段时间,使AR涂层脱落从衬底材料或涂层进行划痕脱胶,有时AR涂料面临着热电阻率的问题。陶瓷AR涂料进行脆性断裂是由于微裂纹生成和空洞出现在AR与聚合物纳米复合材料经历韧性失败和伤害减少166年]。这是一个重要的领域,提高机械强度的基于“增大化现实”技术的涂料因其恶劣的环境暴露。有时湿度或热系数差异影响基于“增大化现实”技术的涂料性能和涂层进行分层剥离在界面区域。热稳定性也是一个重要参数,设计一个基于“增大化现实”技术涂层之前不容忽视。高频振荡器₂双层AR涂层耐热300°C和可调谐性适用于应用程序(激光诱导损伤阈值44]。研究者应该集中注意力对聚合物AR材料进行延性失败与一致的性能和机械耐久性很长一段时间。压缩和拉伸断裂的基于“增大化现实”技术的涂料也应该被认为是在基于“增大化现实”技术的制造和设计,因为当一个低热膨胀涂层沉积在衬底有高导热率比AR涂层经过压缩失败和弯曲在高温暴露。在相反的情况下,涂层膨胀和影响整体的基于“增大化现实”技术的效率和机械稳定性。AR镀层和基体的热系数也需要维护涂料前制造的机械稳定性。润湿和不润湿特性的基于“增大化现实”技术的涂料增强其功能在不同的领域。不润湿AR涂料自洁能力发挥影响力的作用。亲水的基于“增大化现实”技术的涂料有潜在的应用在双筒望远镜或潜艇等水下应用程序窗口。在未来研究人员必须专注于混合动力多功能高效的基于“增大化现实”技术的涂料保持他们的机械耐久性在负担得起的和经济费用。新技术发展光电设备提高了基于“增大化现实”技术的效率和产品的即兴创作。 The predominated biological natural features give innovation to fabricate efficient, sophisticated AR coating in different species such as squids eyes or butterflies gyroids but it is a challenge to overcome the fragile nanostructures for their practical applicability at commercial scale. Optical simulations are essential in designing AR coatings and tailoring the properties according to application demand. In optics field, a lot of multifunctional AR coatings have been reported earlier, but it is worthwhile to design a single coating with additional properties. The long term mechanical stability, thermal stability, with a low-cost fabrication process, thin coating, superamphiphobic property, scratch resistivity and AR omnidirectional efficiency over a broad range of the spectrum with antiglare property is still a challenge to bring the lab prepare AR coatings in real applications. In one word multifunctional hybrid AR coating is still technically thought-provoking and needs to advance and a challenge for future researchers.

确认

作者感谢金融支持中国国家基础研究计划(973计划,批准号2013 cb934301),中国国家自然科学基金(批准号51531006和51531006),中国教育部的研究项目(批准号113007),和清华大学计划科研项目。

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