一种具有表面微结构透明纸的制备方法与流程

本发明涉及一种具有表面微结构的透明纸的制备方法，属于纳米/微米微结构材料及其制备技术。

背景技术：

纸张具有成本低廉，原料来源丰富，可再生、环保、可生物降解和可回收等优点，不会对人类赖以生存的环境产生巨大的影响。透明纸是利用植物纤维制备的具有一定透明度的薄膜材料。透明纸由于其高的透明度、高热稳定性而在柔性电子、场发射晶体管、有机太阳能电池、显示器等领域具有广泛的应用前景。如果以透明纸作为基础材料，在透明纸表面制备微结构，则可以发展环境友好的光学材料，如纸质光栅等。

目前，透明纸表面微结构的制备方法通常为光刻技术和纳米压印技术。其中，光刻系统的设备往往比较复杂，造价昂贵，并且生产效率不高，且在纸上一般也无法进行光刻。纳米压印技术是直接利用机械力等比例压印复制微纳结构，突破了传统光学光刻的最短曝光波长的限制，且同一模板可以多次反复利用。然而由于透明纸一般是不具有塑性的，所以纳米压印在透明纸的表面制备微结构一直存在很大困难。

技术实现要素：

针对以上现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种成本低廉、步骤简单的在透明纸表面制备微结构的方法。

本发明采用的技术方案为：

一种具有表面微结构透明纸的制备方法，包括以下步骤：

(1)将木材切成单板，并在一定的温度及一定浓度的naclo溶液中反应一定时间，取出洗净；(2)将步骤(1)所制备得到的样品置于具有微结构的模板上，同时在样品上方垫以滤膜，并用压机保压一定时间，即可获得表面有微结构的透明纸。

进一步地，所述微结构为一维、二维或其它复杂表面的微结构；微结构线宽为10纳米-5毫米。

优选地，在步骤(1)中，所述木材为针叶材或者阔叶材。

优选地，在步骤(1)中，所述单板厚度在0.4～1.2mm，所述温度为10-50摄氏度；naclo溶液的浓度为5％-15％质量分数；反应时间为20分钟到48小时。

优选地，在步骤(2)中，所述压机的压力为0.1-25mpa；保压时间为10分钟-4小时。

本发明的制备方法相比现有技术的优势在于：

1)可以只通过一次机械压制就能同时实现纸的透明化和表面微结构的制备。

2)纸是一种绿色材料，原料来源广泛，相比于其他的衬底材料(玻璃或者塑料)更加环保。

3)整个制备过程成本低，步骤简单，时间短。传统的透明纸制备方法中，纤维的纳米化、抽滤过程都要消耗大量时间，而本发明制备方法的主要过程只有去木素和机械压制两步，时间最短可以缩短至原来的1/10，化学试剂和用水量大约可以节约到原来的1/5；同时采用纳米压印技术，不需要昂贵的光刻设备，可以节约大量成本。

附图说明

图1为本发明具有表面微结构透明纸的扫描电镜图，(a)线宽1μm的光栅结构；(b)线宽200nm的光栅结构；

图2为普通透明纸与本发明实施例7中具有微结构的透明纸的透射谱比较图。

具体实施方式

实施例1：

将厚度为0.8mm的椴木单板置于质量分数为5％的次氯酸钠溶液中反应48小时，以去除木素，其中反应温度为10摄氏度；待木素去除之后用水-乙醇溶液洗净，然后将处理过的单板放于周期为100纳米的二维微结构模板上，并在单板上面放上滤膜和滤纸，最后通过机械加压的方式将模板的图案转移到透明纸表面，其中机械压力为0.1mpa，保压时间为4小时。得到表面具有100纳米周期的二维微结构的透明纸。

实施例2：

将厚度为0.4mm的椴木单板置于质量分数为10％的次氯酸钠溶液中反应12小时，以去除木素，其中反应温度为15摄氏度；待木素去除之后用水-乙醇溶液洗净，然后将处理过的单板放于周期为200微米的二维周期性模板上，并在单板上面放上滤膜和滤纸，最后通过机械加压的方式制备，其中机械压力为0.1mpa，保压时间为4小时，得到表面具有200微米周期的二维微结构的透明纸。

实施例3：

将厚度为0.6mm的榉木单板置于质量分数为10％的次氯酸钠溶液中反应12小时，以去除木素，其中反应温度为15摄氏度；待木素去除之后用水-乙醇溶液洗净，然后将处理过的单板放于周期为5微米的复杂图案模板上，并在单板上面放上滤膜和滤纸，最后通过机械加压的方式制备，其中机械压力为10mpa，保压时间为2小时，得到表面具有5微米周期的复杂图案微结构的透明纸。

实施例4：

将厚度为1.2mm的椴木单板置于质量分数为10％的次氯酸钠溶液中反应20小时，以去除木素，其中反应温度为10摄氏度；待木素去除之后用水-乙醇溶液洗净，然后将处理过的单板放于周期为5毫米的一维光栅模板上，并在单板上面放上滤膜和滤纸，最后通过机械加压的方式加压，机械压力为15mpa，保压时间为1小时，即可得到表面具有5毫米周期的一维光栅微结构的透明纸。

实施例5：

将厚度为1mm的杨木单板置于质量分数为10％的次氯酸钠溶液中反应5小时，以去除木素，其中反应温度为30摄氏度；待木素去除之后用水-乙醇溶液洗净，然后将处理过的单板放于周期为80微米的一维模板上，并在单板上面放上滤膜和滤纸，最后通过机械加压的方式制备，其中机械压力为10mpa，保压时间为0.5小时，得到表面具有80微米周期的一维微结构的透明纸。

实施例6：

将厚度为0.8mm的椴木单板置于质量分数为10％的次氯酸钠溶液中反应1小时，以去除木素，其中反应温度为40摄氏度；待木素去除之后用水-乙醇溶液洗净，然后将处理过的单板放于周期为10纳米的一维光栅模板上，并在单板上面放上滤膜和滤纸，通过机械加压的方式机械压力为25mpa，保压时间为10分钟，得到表面具有10纳米周期的一维光栅微结构的透明纸。

实施例7：

将厚度为0.8mm的椴木单板置于质量分数为15％的次氯酸钠溶液中反应30分钟，以去除木素，其中反应温度为40摄氏度；待木素去除之后用水-乙醇溶液洗净，然后将处理过的单板放于周期为300纳米的一维模板上，并在单板上面放上滤膜和滤纸，最后通过机械加压的方式制备，其中机械压力为10mpa，保压时间为2小时，得到表面具有300纳米周期的一维微结构的透明纸。

实施例8：

将厚度为0.8mm的椴木单板置于质量分数为15％的次氯酸钠溶液中反应20分钟，以去除木素，其中反应温度为50摄氏度；待木素去除之后用水-乙醇溶液洗净，然后将处理过的单板放于周期为900纳米的二维周期微结构的模板上，并在单板上面放上滤膜和滤纸，最后通过机械加压的方式制备，其中机械压力为10mpa，保压时间为2小时，得到表面具有900纳米周期的二维微结构的透明纸。

实施例9：

将厚度为0.8mm的松木单板置于质量分数为10％的次氯酸钠溶液中反应10小时，以去除木素，其中反应温度为15摄氏度；待木素去除之后用水-乙醇溶液洗净，然后将处理过的单板放于周期为100微米的二维周期微结构的模板上，并在单板上面放上滤膜和滤纸，最后通过机械加压的方式制备，其中机械压力为10mpa，保压时间为2小时，得到表面具有100微米周期的二维微结构的透明纸。

图2显示了实施例7的表面具有微结构的透明纸与普通透明纸的透射谱，从图中可以看出，利用本发明方法制备得到的具有微结构透明纸的透射率超过了80％。