来自大自然的馈赠，一步法仿生全向抗反射玻璃问世！

来源：材料科学前沿

自然界中许多物种（如：植物叶子、昆虫和爬行动物，甚至是板鳃鱼类和海洋生物）具有独特的表面功能特性，这些显著的特性有助于物种在极端环境条件下生存、进食和繁衍。物种的发展经历了数百万年的进化，在大多数情况下，独特的表面特性来源于独特的层次形态特征（大小从几十纳米到数百微米不等）。

根据自然界中的基本原理，科学界发展了一个旨在设计和制造仿生结构的跨学科领域，这一领域的研究提供了几种制备仿生表面（在纳米和微米尺度上表现出层次结构）的方法。激光加工是一种无掩模工艺，允许对材料进行高精度的尺寸和形状加工，然而，由于光学衍射的原因，使得特征尺寸分辨率受限于波长量级（微米级），因此，仿生激光加工所面临的挑战是突破衍射极限，在纳米尺度上制备出具有复杂结构的表面。用于材料结构设计的超短（小于1ps）激光脉冲被证明是一种精确且高度通用的工具，该工具制备的人造表面可以模拟自然界原型的形态特征和功能，这是超快激光场和材料特性最优组合的结果，可以实现衍射极限的突破。一个典型的例子是采用该工具获得自聚集亚波长激光诱导的周期性表面结构（LIPSS），该结构是制造具有多种几何特征纳米结构的前提。

目前生产抗反射表面的技术要么需要复杂的工序，要么需要较长的生产周期，要么过程中存在化学反应工序，这些工序往往会产生危险废物。同时，化学涂层的质量也随着时间的推移而下降。玻璃翼蝴蝶、灰蝶和蝉的翅膀之所以具有独特的抗反射特性，是由于翅膀顶部和底部表面都存在非反射纳米级柱形阵列，受此启发，近日，克里特大学材料科学与技术学院的Emmanuel Stratakis团队采用直接激光纳米加工工艺（一步法）制备出了透明全向抗反射玻璃，该技术工艺简单、成本低、无化学反应，使用工业化的激光处理系统可以很容易地扩大生产规模。通过圆偏振超短激光脉冲诱导熔融二氧化硅表面产生自聚集纳米柱结构，该纳米柱结构通过在玻璃表面选择性纹理化来模拟空间随机性、柱状形态以及抗反射特性。该纳米结构在可见光和红外频率范围内都表现出令人印象深刻的抗反射特性，且随着时间推移依然具有较好的稳定性。激光处理的玻璃表面对可见偏振光不同入射角的反射率均小于1%。在近红外光谱中，激光纹理化玻璃比原始玻璃具有更高的透过率。可以预见，目前的结果将彻底改变抗反射透明表面技术，并对玻璃显示器、光电器件等众多应用领域产生影响。相关工作以题目为“Biomimetic Omnidirectional Antireflective Glass via Direct Ultrafast Laser Nanostructuring”发表在《Advanced Materials》上。

亮点

1、采用一步法制备了仿生全向抗反射玻璃，技术工艺简单、成本低、无化学反应，容易实现工业化生产；

2、制备的仿生全向抗反射玻璃对可见偏振光不同入射角的反射率均小于1%，且具有较好的稳定性。

图文解析

图1. 偏振相关LIPSS

a,d)熔融石英表面的俯视扫描电镜图像；b,e)黑色虚线标记区域的二维傅立叶变换；c,f)图b，e）的水平和垂直虚线轮廓。

图2.天然与仿生人工表面；激光制备纳米矛的形态特征

a-d)蝉翅照片及不同放大倍率下透明抗反射区的扫描电镜图像（45°倾斜），红点表示扫描电镜成像区域；e-h)熔融硅片照片和使用圆偏振激光脉冲在表面上制造的斑点的扫描电镜图像（45°倾斜），红点表示辐照的位置；i)纳米矛的频率与np的函数关系（Fl = 6.6 J cm−2）；j）纳米矛的频率与通量的函数关系（NP=10）；k)单个纳米矛的高分辨率扫面电镜图像（45°倾斜）；l)纳米矛的半径与np的函数关系（Fl = 6.6 J cm−2）；m)纳米矛的半径与通量的函数关系（NP=10）；n)飞秒激光诱导纳米矛的横截面扫描电镜图像；o)高度分布。

全文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201901123