一种抗反射透明纸的制作方法

本发明涉及一种抗反射透明纸，属于纳米微结构材料。

背景技术：

表面抗反射是指减小入射光反射的比例，光从一种介质入射到另一种介质产生的反射率大小与两种介质的折射率的大小有关，折射率相差越大，表面光能的反射损失就越大。

通常表面抗反射采用两种方式：多层膜和表面微结构。多层膜抗反射指利用干涉的方法减小光的反射。通常在光学元件表面镀多层减反增透膜，这种方式在制备上比较成熟，但不同材料的引入会导致热力学不匹配或附着力差等问题，从而降低了其稳定性。同时，要想获得大视场宽波谱的减反性能，光学减反增透膜至少需要镀四层减反膜系才能实现，制备比较复杂，这就限制了减反膜的应用范围。此外，自然界的材料种类有限，几乎没有折射系数处于1和1.2之间的材料，不能满足实际需要，特别是连续折射系数这一要求。表面微结构抗反射的方式是指利用表面的纳米结构实现折射率的梯度变化，从而改变界面的阻抗失配。它是直接在材料的界面处构筑微纳结构来实现抗反射，其匹配好、易控制、稳定性好，凸起的微结构相当于一个反射系数呈梯度变化的介质层，使得原本在界面处发生的折射系数突变从而实现连续性变化，具有比较好的抗反射性能，可以在宽波段、大角度范围内实现抗反射。但是目前这种结构的主要基底为玻璃、硅和其它半导体材料，大多采用刻蚀的方法来构筑纳米微结构，仪器昂贵，成本较高，效率低。

透明纸是近几年发展起来的一种新型透明材料，由植物纤维制成，具有柔性可折叠、价格便宜、绿色环保等优点。组成透明纸的纤维素材料的折射率是1.5左右，因此在没有减反措施的情况下，纸的两个面在可见光波段的反射率为8％以上。如果进一步减少反射从而增强透射，将进一步在可见光至近红外光谱范围内减少反射光的损失，从而提高透明纸的透射率，获得高透射的透明纸材料，从而在太阳能电池、传感器、显示器方面获得应用，并进一步提高相关器件的性能。

目前，由于在纸的表面制备纳米结构是非常困难的，因此现有技术中并没有考虑通过纸上制备微结构来减少反射率的方案，从而导致目前尚未出现表面通过微结构来减反的透明纸材料。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种在可见光至近红外光谱范围内增强透射的透明纸，可在太阳能电池、传感器、显示器等方面获得应用。

本发明采用的技术方案为：

一种抗反射透明纸，其特征在于，透明纸表面具有与透明纸材料相同的三维纳米微结构，三维纳米微结构的轴向垂直于透明纸表面。

进一步地，所述三维纳米微结构的结构单元为纳米柱、纳米锥或纳米半球，或以上形状的任意组合。

优选地，所述三维纳米微结构的结构单元尺寸直径50-200nm，高度为50-1000nm。

本发明的有益效果在于：

(1)在纸上制作抗反射结构，与传统的在玻璃、硅和其它半导体材料上制备微纳米结构相比，透明纸基底具有柔性可折叠、成本低、绿色环保等特点。

(2)结构可控，采用压印，或印刷，或3D打印技术可以制备纳米柱、纳米锥、纳米半球或其任意组合结构的透明纸。

(3)三维纳米微结构透明纸与比原始透明纸相比，在可见光至近红外光谱范围内具有较好的抗反射性能。

附图说明

图1为本发明的抗反射透明纸，1-透明纸，2-三维纳米微结构。

图2为无结构原始透明纸与实施例1制备的具有三维纳米柱结构的透明纸的透射光谱图。

具体实施方式

如图1所示，本发明提出了一种能增加透明纸抗反射性能的结构，具体如下：

实施例1：

将市售的透明纸(由植物纤维制成)放置在水蒸气中2分钟，取出后用阳极氧化铝多孔模板压印，将透明纸与模板分离干燥后即得抗反射透明纸,透明纸表面具有与透明纸材料相同纳米柱结构，纳米柱的单元轴向垂直于透明纸表面，纳米柱的直径为50nm,高度为50nm,占空比为70％。

图2显示了制备得到的具有纳米柱微结构透明纸的透射率可达到85％(600纳米波长处)，相比原始透明纸的透射率80％，提高了6.3％。

实施例2：

将市售的透明纸(由植物纤维制成)放置在水蒸气中10分钟，取出后用纳米压印用的纳米孔模板压印，将透明纸与模板分离干燥后即得抗反射透明纸,透明纸表面具有与透明纸材料相同纳米柱结构，纳米柱的单元轴向垂直于透明纸表面，纳米柱的直径为200nm,高度为100nm，占空比为75％。

实施例3：

将市售的透明纸(由植物纤维制成)放置在水蒸气中1小时，取出后用纳米压印用的纳米锥模板压印，将透明纸与模板分离干燥后即得抗反射透明纸,透明纸表面具有与透明纸材料相同纳米锥结构，纳米锥的单元轴向垂直于透明纸表面，纳米锥的直径为200nm,高度为1000nm，占空比为80％。

实施例4：

将市售的透明纸(由植物纤维制成)放置在水蒸气中30分钟，取出后用纳米压印的纳米半球模板压印，将透明纸与模板分离干燥后即得抗反射透明纸,透明纸表面具有与透明纸材料相同纳米半球结构，纳米半球的单元轴向垂直于透明纸表面，纳米半球的直径为100nm,高度为50nm，占空比为78％。

实施例5：

将市售的透明纸(由植物纤维制成)放置在水蒸气中20分钟，取出后用阳极氧化铝多孔模板压印，将透明纸与模板分离干燥后即得抗反射透明纸,透明纸表面具有与透明纸材料相同纳米柱结构，纳米柱的单元轴向垂直于透明纸表面，纳米柱的直径为90nm,高度为150nm，占空比为82％。

实施例6：

将市售的透明纸(由植物纤维制成)放置在水蒸气中40分钟，取出后用纳米压印用的纳米锥模板压印，将透明纸与模板分离干燥后即得抗反射透明纸,透明纸表面具有与透明纸材料相同纳米锥结构，纳米锥的单元轴向垂直于透明纸表面，纳米锥的直径为100nm,高度为500nm，占空比为72％。

实施例7：

将市售的透明纸(由植物纤维制成)放置在水蒸气中50分钟，取出后用纳米压印用的纳米孔模板压印，将透明纸与模板分离干燥后即得抗反射透明纸,在透明纸表面制备出与透明纸材料相同纳米柱结构，纳米柱的单元轴向垂直于透明纸表面，纳米柱的直径为180nm,高度为600nm，占空比为80％。