CN109251338A - 一种二氧化钛/3-（异丁烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷有机-无机复合薄膜的制法及应用 - Google Patents

一种二氧化钛/3-（异丁烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷有机-无机复合薄膜的制法及应用 Download PDF

Info

Publication number
CN109251338A
CN109251338A CN201811284577.4A CN201811284577A CN109251338A CN 109251338 A CN109251338 A CN 109251338A CN 201811284577 A CN201811284577 A CN 201811284577A CN 109251338 A CN109251338 A CN 109251338A
Authority
CN
China
Prior art keywords
film
inorganic composite
titanium dioxide
laminated film
organic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201811284577.4A
Other languages
English (en)
Inventor
张琪慧
胡芳仁
张雪花
张伟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing Post and Telecommunication University
Nanjing University of Posts and Telecommunications
Original Assignee
Nanjing Post and Telecommunication University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing Post and Telecommunication University filed Critical Nanjing Post and Telecommunication University
Priority to CN201811284577.4A priority Critical patent/CN109251338A/zh
Publication of CN109251338A publication Critical patent/CN109251338A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/18—Manufacture of films or sheets
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G77/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule
    • C08G77/04—Polysiloxanes
    • C08G77/06—Preparatory processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G77/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule
    • C08G77/04—Polysiloxanes
    • C08G77/20—Polysiloxanes containing silicon bound to unsaturated aliphatic groups
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
    • C08K3/20—Oxides; Hydroxides
    • C08K3/22—Oxides; Hydroxides of metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00—Use of organic ingredients
    • C08K5/49—Phosphorus-containing compounds
    • C08K5/51—Phosphorus bound to oxygen
    • C08K5/53—Phosphorus bound to oxygen bound to oxygen and to carbon only
    • C08K5/5397—Phosphine oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K9/00—Use of pretreated ingredients
    • C08K9/02—Ingredients treated with inorganic substances
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/0006—Arrays
    • G02B3/0012—Arrays characterised by the manufacturing method
    • G02B3/0031—Replication or moulding, e.g. hot embossing, UV-casting, injection moulding
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2383/00—Characterised by the use of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen, or carbon only; Derivatives of such polymers
    • C08J2383/04—Polysiloxanes
    • C08J2383/06—Polysiloxanes containing silicon bound to oxygen-containing groups
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
    • C08K3/20—Oxides; Hydroxides
    • C08K3/22—Oxides; Hydroxides of metals
    • C08K2003/221—Oxides; Hydroxides of metals of rare earth metal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
    • C08K3/20—Oxides; Hydroxides
    • C08K3/22—Oxides; Hydroxides of metals
    • C08K2003/2227—Oxides; Hydroxides of metals of aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
    • C08K3/20—Oxides; Hydroxides
    • C08K3/22—Oxides; Hydroxides of metals
    • C08K2003/2237—Oxides; Hydroxides of metals of titanium
    • C08K2003/2241—Titanium dioxide

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Abstract

本发明公开了一种二氧化钛/3‑（异丁烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷有机‑无机复合薄膜的制备方法，本发明还公开了上述方法制得的复合薄膜在制备微透镜阵列方面的应用。本发明通过溶胶‑凝胶技术结合旋涂方法，制得了同时具有下转换发光与紫外光敏特性的有机‑无机复合薄膜，并且基于其紫外光敏性能，可通过紫外软压印技术在该复合薄膜上制备微透镜阵列结构；本发明复合薄膜的制备工艺简单，可实现批量化生产，且制得到复合薄膜具有极高的光学透射率，折射率与厚度可调以及低的表面粗糙度等优点，利用紫外软压印技术可直接在此复合薄膜上制备微透镜阵列等微纳阵列结构，本发明复合薄膜在下转换发光以及微光学元器件等领域具有重要的应用价值。

Description

一种二氧化钛/3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷有机-无机 复合薄膜的制法及应用
技术领域
本发明涉及一种二氧化钛/3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷有机-无机复合薄膜的制备方法，还涉及上述方法制得的二氧化钛/3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷有机-无机复合薄膜在用于制备微透镜阵列方面的应用，属于纳米材料技术领域。
背景技术
稀土的下转换发光材料可以将短波长激发出长波长，因而其在激光、荧光标签以及生产白光二极管(LED)等方便具有广泛的应用前景。由于稀土离子铈的能级较低可以实现4f-5d的跃迁，因此Ce3+常作为下转换敏化研究下转换发光。而近年来，作为下转换发光的基质主要有玻璃，陶瓷等，但是其制备的方法主要是通过干压混合原料粉末，再冷等静压，最后真空烧结。上述方法制备工艺相对复杂，且很难大规模产业化的生产，因此通过操作简易的溶胶-凝胶方法以及低成本的工艺制备下转换发光的薄膜成为研究的热点。
由于传统的光学元件难以实现尺寸小，经济化，可大规模生产以及易于阵列化的优点，因此微光学元件的生产备受关注。而微光学元件可以实现微小，阵列，集成，成像和波面转换等功能，被广泛应用于光纤通信、小型光电子系统的关键元件、生物医学、激光加工、光存储等方面。此外，随着其极其广阔的应用前景以及举足轻重的应用价值，工艺化流程简单，经济化以及可大规模生产微光学元件成为近年来研究的热点。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供一种二氧化钛/3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷有机-无机复合薄膜的制备方法，该方法制得的有机-无机复合薄膜具有良好的机械性能和光学性能。
本发明还要解决的技术问题是提供上述制备方法制得的复合薄膜在用于制备微透镜阵列方面的应用。由于本发明制备方法中引入有机改性硅酸盐复合材料，改善了凝胶基质的机械性能，从而使最终得到的复合薄膜可以进行切割或压印等加工，进而能够在该复合薄膜上结合紫外软压印技术制备微透镜阵列。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术手段为：
一种二氧化钛/3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷有机-无机复合薄膜的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤1，将一定量的甲基三甲氧基硅烷溶解于有机溶剂中，得到混合溶液，往混合溶液中加入一定量的浓盐酸，搅拌均匀，制得溶胶A；
步骤2，将钛酸四正丁酯与乙酰丙酮按一定比例混合，室温下搅拌均匀，得到溶胶B；
步骤3，往含有甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的有机溶剂中加入一定量的浓盐酸，搅拌均匀，制得溶胶C；
步骤4，将溶剂A、溶胶B和溶胶C按一定比例混合，混匀后，将YAG：Ce纳米粉末加入到混合均匀的溶胶内，搅拌混匀，得到混合溶胶D；
步骤5，将一定量的苯基双(2，4，6-三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦光引发剂加入到步骤4的混合溶胶中，并在暗室中，于室温下混合搅拌均匀，得到混合溶胶E；
步骤6，采用旋涂法，将混合溶胶E旋涂在衬底上，旋涂后经过热处理，即可得到二氧化钛/3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷有机-无机复合光波导薄膜材料。
本发明制备的二氧化钛有机-无机复合光波导薄膜材料，制备过程中在复合材料中添加了YAG：Ce纳米粉末，从而使得该复合薄膜材料具有下转换发光的性能；同时在复合材料中加入了有机改性硅酸盐材料甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，在光敏引发剂存在的条件下，该有机改性硅酸盐材料中的短链C＝C双键及C＝O键在紫外光的照射下会发生断裂形成C-C单键长与C-O键长链结构，从而实现复合薄膜材料的光固化功能，即薄膜材料的紫外光敏特性。可利用该复合薄膜材料的紫外光敏特性，通过紫外软压印技术在该薄膜表面制备各种微纳阵列结构。另外，由于通过溶胶凝胶方法制备的该复合材料，有机物完全地填充到无机氧化物链的孔隙中，使得薄膜相对致密，薄膜表面相对比较平整，表面粗糙度低。
其中，步骤2中，钛酸四正丁酯与乙酰丙酮按摩尔比1∶4混合，混合后在室温下搅拌1～2小时。
其中，步骤4中，按溶胶A中的甲基三甲氧基硅烷、溶胶B中的钛酸四正丁酯和溶胶C中的甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的摩尔比为0.4∶0.2∶0.4将溶剂A、溶胶B和溶胶C进行混合。
其中，步骤4中，YAG：Ce纳米粉末的加入量为混合溶胶D质量的1％～7％。
其中，步骤5中，苯基双(2，4，6-三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦光引发剂的加入量为混合溶胶E质量的4％。
其中，步骤6中，旋涂装置的转速为3500转/分钟；旋涂时间为35秒；旋涂后热处理的温度为100～300℃，热处理的时间为10min。
上述二氧化钛/3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷有机-无机复合薄膜的制备方法制得的复合薄膜在用于制备微透镜阵列方面的应用。
其中，上述用制得的复合薄膜制备微透镜阵列方面的应用，具体包括如下步骤：
步骤1，利用光刻法通过圆形阵列掩膜版在光刻胶上采用接触式曝光60s，经过显影、热处理以及热回流后制备得到透镜高度为3μm，直径为5μm和8μm的微透镜阵列模板；
步骤2，将PDMS预聚物和固化剂按8∶3的重量比混合均匀，于真空干燥箱中去除气泡，然后，将其浇注到具有微透镜阵列结构的光刻胶母版上并在鼓风干燥箱中进行热固化处理，热固化温度为90℃，固化时间为1小时，将固化完全的PDMS从光刻胶母版剥离，获得具有微透镜阵列结构的PDMS软模板；
步骤3，将具有微透镜阵列结构的PDMS软模板压印到权利要求1制得的复合薄膜上，室温下静置30分钟后，放置于氙灯下进行紫外曝光固化40分钟，固化完成后将样品放置于暗室室温下静置2小时，最后将PDMS软模板从固化完全的复合薄膜上剥离，从而在复合薄膜上制备得到透镜高3μm，直径分别为5μm和8μm的微透镜阵列。
相比于现有技术，本发明技术方案具有的有益效果为：本发明通过溶胶-凝胶技术结合旋涂方法，制备得到了同时具有下转换发光与紫外光敏特性的二氧化钛有机-无机复合光波导薄膜，并且基于其紫外光敏性能，可通过紫外软压印技术在该复合薄膜上制备微透镜阵列结构；本发明复合薄膜的制备工艺简单，可实现批量化生产，且制得到复合薄膜具有极高的光学透射率，折射率与厚度可调以及低的表面粗糙度等优点，利用紫外软压印技术可直接在此复合薄膜上制备微透镜阵列等微纳阵列结构，本发明复合薄膜在下转换发光以及微光学元器件等领域具有重要的应用价值。
附图说明
图1是实施例1制得的复合薄膜在室温下的表面形貌图；
图2是实施例1中采用不同热处理温度下制得的复合薄膜的下转换发光光谱；
图3是实施例2中采用不同热处理温度下制得的复合薄膜的下转换发光光谱；
图4是实施例1中压印得到的微透镜阵列的光学显微图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
实施例1
本发明通过溶胶-凝胶法制备掺YAG：Ce且具有紫外光敏特性的二氧化钛有机-无机复合光波导薄膜的方法，具体包括以下步骤：
步骤1，在暗室操作环境下，将无水乙醇、甲基三甲氧基硅烷以及去离子水按4∶1∶4的摩尔比混合，在室温下搅拌30min，其中，无水乙醇作为溶剂，用于加快甲基三甲氧基硅烷的溶解，然后加入0.01摩尔的质量百分浓度为37wt.％的浓盐酸，继续搅拌1小时，得到溶胶A，其中，盐酸为催化剂，加快甲基三甲氧基硅烷的水解速率；
步骤2，将钛酸四正丁酯与乙酰丙酮按1∶4摩尔比混合，室温下均匀搅拌1小时，制得溶胶B；其中，乙酰丙酮用来抑制钛酸四正丁酯的水解速率；
步骤3，将甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、异丙醇与去离子水按1∶3∶3摩尔比混合后，立即加入0.01摩尔的浓度为37wt.％的浓盐酸，室温下均匀搅拌1小时，得到溶胶C；其中，异丙醇作为溶剂，盐酸作为催化剂；
步骤4，按溶胶A中的甲基三甲氧基硅烷、溶胶B中的钛酸四正丁酯与溶胶C中的甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷摩尔比0.4∶0.2∶0.4将溶剂A、溶胶B和溶胶C混合，室温下均匀搅拌4小时，得到混合溶胶D；
步骤5，将占混合溶胶D总质量1％的YAG：Ce纳米粉末加入到混合溶胶D中，室温下均匀搅拌40小时以上，得到混合溶胶E；
步骤6，在甩膜前2小时，往混合溶胶E中加入占混合溶胶E总质量4％的苯基双(2，4，6-三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦光引发剂，暗室室温下均匀搅拌2小时；
步骤7，将匀胶机转速设置为3500转/分，将溶胶分别旋涂在玻璃衬底和硅片衬底上，旋涂时间35秒，将旋涂得到的薄膜分别在室温、100、200和300度热处理10分钟，从而得到具有下转换发光和紫外光敏特性的二氧化钛有机-无机复合光波导薄膜。
利用上述得到的二氧化钛有机-无机复合光波导薄膜制备微透镜阵列，具体为：
步骤1，利用光刻法通过圆形阵列掩膜版在AZ5214-E型光刻胶上采用接触式曝光60s，经过显影、热处理以及热回流制备得到透镜高度为3μm，直径分别为5μm和8μm的微透镜阵列模板(微透镜阵列光刻胶母版)；
步骤2，将型号为Sylgard184的PDMS预聚物和固化剂按8∶3的重量比混合均匀，真空干燥箱中去除气泡，然后，将其浇注到具有微透镜阵列结构的光刻胶母版上并在鼓风干燥箱中进行热固化处理，热固化温度90℃，固化时间1小时，将固化完全的PDMS从光刻胶母版剥离，获得具有微透镜阵列结构的PDMS软模板；
步骤3，将具有微透镜阵列结构的PDMS软模板压印到上述制得的复合薄膜上，室温下静置30分钟后，放置于型号为PLS-SXE300UV的氙灯(波长为365nm，工作电流15mA)下进行紫外曝光固化40分钟，固化完成后将样品放置于暗室室温下静置2小时，最后将PDMS软模板从固化完全的复合薄膜上剥离，从而在该复合光波导薄膜上制备得到透镜高3μm，直径分别为5μm和8μm的微透镜阵列结构。
实施例2
本发明通过溶胶-凝胶法制备掺YAG∶Ce且具有紫外光敏特性的二氧化钛有机-无机复合光波导薄膜的方法，具体包括以下步骤：
步骤1，在暗室操作环境下，将无水乙醇、甲基三甲氧基硅烷以及去离子水按4∶1∶4的摩尔比混合，在室温下搅拌30min，其中，无水乙醇作为溶剂，用于加快甲基三甲氧基硅烷的溶解，然后加入0.01摩尔的质量百分浓度为37wt.％的浓盐酸，继续搅拌1小时，得到溶胶A，其中，盐酸为催化剂，加快甲基三甲氧基硅烷的水解速率；
步骤2，将钛酸四正丁酯与乙酰丙酮按1∶4摩尔比混合，室温下均匀搅拌1小时，制得溶胶B；其中，乙酰丙酮用来抑制钛酸四正丁酯的水解速率；
步骤3，将甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、异丙醇与去离子水按1∶3∶3摩尔比混合后，立即往混合溶液中加入0.01摩尔的浓度为37wt.％的浓盐酸，室温下均匀搅拌1小时，得到溶胶C；其中，异丙醇作为溶剂，盐酸作为催化剂；
步骤4，按溶胶A中的甲基三甲氧基硅烷、溶胶B中的钛酸四正丁酯与溶胶C中的甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷摩尔比0.4∶0.2∶0.4来将溶剂A、溶胶B和溶胶C混合，室温下均匀搅拌4小时，得到混合溶胶D；
步骤5，将占混合溶胶D总质量7％的YAG：Ce纳米粉末加入到混合溶胶D中，室温下均匀搅拌40小时以上，得到混合溶胶E；
步骤6，在甩膜前2小时，往混合溶胶E中加入占混合溶胶E总质量4％的苯基双(2，4，6-三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦光引发剂，暗室室温下均匀搅拌2小时；
步骤7，将匀胶机转速设置为3500转/分，将溶胶分别旋涂在玻璃衬底和硅片衬底上，旋涂时间35秒，将旋涂得到的薄膜分别在室温、100、200和300度热处理10分钟，从而得到具有下转换发光和紫外光敏特性的二氧化钛有机-无机复合光波导薄膜。
利用上述得到的二氧化钛有机-无机复合光波导薄膜制备微透镜阵列，具体为：
步骤1，利用光刻法通过圆形阵列掩膜版在AZ5214-E型光刻胶上采用接触式曝光60s，经过显影、热处理以及热回流制备得到透镜高度为3μm，直径分别为5μm和8μm的微透镜阵列模板(微透镜阵列光刻胶母版)；
步骤2，将型号为Sylgard184的PDMS预聚物和固化剂按8∶3的重量比混合均匀，真空干燥箱中去除气泡，然后，将其浇注到具有微透镜阵列结构的光刻胶母版上并在鼓风干燥箱中进行热固化处理，热固化温度90℃，固化时间1小时，将固化完全的PDMS从光刻胶母版剥离，获得具有微透镜阵列结构的PDMS软模板；
步骤3，以1000转/分的转速，在硅片上制备得到复合薄膜，其中旋涂时间为60秒，将具有微透镜阵列结构的PDMS软模板压印到上述制得的复合薄膜上，室温下静置30分钟后，放置于型号为PLS-SXE300UV的氙灯(波长为365nm，工作电流15mA)下进行紫外曝光固化40分钟，固化完成后将样品放置于暗室室温下静置2小时，最后将PDMS软模板从固化完全的复合薄膜上剥离，从而在该复合光波导薄膜上制备得到透镜高3μm，直径分别为5μm和8μm的微透镜阵列结构。
图1是实施例1制得的复合薄膜在室温下的表面形貌图，使用美国Veeco公司Nanoscope-3A型原子力显微镜测试得到，其中，衬底为硅底上，测试尺寸为5μm×5μm。由图1可以看出，该复合薄膜的表面光滑平整，由于在低温状态下，有机基团填充在无机氧化物链之间的孔隙中，致使得到的复合薄膜结构致密，测试得到的复合薄膜的表面粗糙度为0.248nm，完全满足作为微光学元器件的要求。
图2和图3分别是实施例1和实施例2采用不同热处理温度下制得的复合薄膜的下转换发光光谱，热处理温度分别为室温、100、200和300度，热处理时间为10分钟，其中衬底为普通玻璃片。实施例1中YAG：Ce加入质量(浓度)为1％，实施例2中YAG：Ce浓度为7％。测试采用的是型号为爱丁堡FLS920的瞬态/稳态荧光光谱仪，使用激发波长为450nm的氙灯激发。由图2和图3可以看出，在室温和100度热处理温度下，复合薄膜的发光强度不明显，大于650nm波长的发射谱为来自玻璃片的噪声，在530nm处的发光峰强度远小于噪声强度。当热处理温度为200度时，在534nm处可以看出明显的绿色下转换发光，属于Ce3+的5d-4f特征的跃迁发射。当热处理温度升高到300度时，发射波长明显的向长波方向移动，发光峰在580nm附近，这是因为Ce3+的发射产生于5d1晶格场与2F7/2和2F5/2的基态之间，而4f态在原子内层，5d轨道在离子外层，因此5d轨道受晶格的影响大，而4f态受晶格的影响比较小，所以发光峰向基态为2F7/2的580nm长波长方向移动。并且发光强度明显，这应该归因于薄膜材料中有机物的热分解和燃烧，使得薄膜变薄，因此Ce3+的纳米颗粒会裸露表面，产生强烈的发光。当热处理温度为300度时，图3中YAG∶Ce浓度为7％的薄膜，其发光的强度小于图2中YAG∶Ce浓度为1％的薄膜的发光强度，这可能是因为YAG∶Ce的纳米粉末对该体系的饱和作用。
图4是由实施例1中通过压印制备得到的微透镜阵列结构的光学显微图。放大倍数为500倍，基底为硅片。由图4可以看出，制备得到的微透镜阵列结构，其透镜形状为圆形，直径为8μm，透镜表面干净整洁，排列整齐，透镜大小一致。
综上，本发明通过溶胶-凝胶技术结合旋涂法制得的既具有下转换发光性能同时又具有紫外光敏特性的二氧化钛有机-无机复合光波导薄膜，通过450nm激发波长对该复合薄膜进行激发，在200度热处理温度下可激发出534nm波长绿色下转换发光，在300度热温度处理下可激发出强烈的580nm波长下转换发光。另外，基于该复合薄膜的紫外光敏特性，通过紫外软压印技术可在该复合薄膜上制备得到透镜高度为3μm，直径分别为5μm和8μm的微透镜阵列结构，本发明在复合薄膜上制备微透镜阵列，实现了该复合薄膜各种性能的应用，其微透镜阵列可以作为微光学元件的重要器件，本发明实现了微光学元件规模化、经济化以及尺寸微小化的生产，本发明复合薄膜在下转换发光和微光学元器件等领域具有重要的应用价值和应用前景。

Claims (8)

1.一种二氧化钛/3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷有机-无机复合薄膜的制法，其特征在于，具体包括如下步骤：
步骤1，将一定量的甲基三甲氧基硅烷溶解于有机溶剂中，得到混合溶液，往混合溶液中加入一定量的浓盐酸，搅拌均匀，制得溶胶A；
步骤2，将钛酸四正丁酯与乙酰丙酮按一定比例混合，室温下搅拌均匀，得到溶胶B；
步骤3，往含有甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的有机溶剂中加入一定量的浓盐酸，搅拌均匀，制得溶胶C；
步骤4，将溶剂A、溶胶B和溶胶C按一定比例混合，混匀后，将YAG：Ce纳米粉末加入到混合均匀的溶胶内，搅拌混匀，得到混合溶胶D；
步骤5，将一定量的苯基双(2，4，6-三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦光引发剂加入到步骤4的混合溶胶中，并在暗室中，于室温下混合搅拌均匀，得到混合溶胶E；
步骤6，采用旋涂法，将混合溶胶E旋涂在衬底上，旋涂后经过热处理，即可得到二氧化钛/3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷有机-无机复合光波导薄膜材料。
2.根据权利要求1所述的二氧化钛/3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷有机-无机复合薄膜的制法，其特征在于：步骤2中，钛酸四正丁酯与乙酰丙酮按摩尔比1∶4混合，混合后在室温下搅拌1～2小时。
3.根据权利要求1所述的二氧化钛/3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷有机-无机复合薄膜的制法，其特征在于：步骤4中，按溶胶A中的甲基三甲氧基硅烷、溶胶B中的钛酸四正丁酯和溶胶C中的甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的摩尔比为0.4∶0.2∶0.4将溶剂A、溶胶B和溶胶C进行混合。
4.根据权利要求1所述的二氧化钛/3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷有机-无机复合薄膜的制法，其特征在于：步骤4中，YAG：Ce纳米粉末的加入量为混合溶胶D质量的1％～7％。
5.根据权利要求1所述的二氧化钛/3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷有机-无机复合薄膜的制法，其特征在于：步骤5中，苯基双(2，4，6-三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦光引发剂的加入量为混合溶胶E质量的4％。
6.根据权利要求1所述的二氧化钛/3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷有机-无机复合薄膜的制法，其特征在于：步骤6中，旋涂装置的转速为3500转/分钟；旋涂时间为35秒；旋涂后热处理的温度为100～300℃，热处理的时间为10min。
7.一种权利要求1所述的二氧化钛/3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷有机-无机复合薄膜的制法制得的复合薄膜在用于制备微透镜阵列方面的应用。
8.根据权利要求7所述的二氧化钛/3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷有机-无机复合薄膜的制法制得的复合薄膜在用于制备微透镜阵列方面的应用，其特征在于，具体包括如下步骤：
步骤1，利用光刻法通过圆形阵列掩膜版在光刻胶上采用接触式曝光60s，经过显影、热处理以及热回流后制备得到透镜高度为3μm，直径为5μm和8μm的微透镜阵列模板；
步骤2，将PDMS预聚物和固化剂按8：3的重量比混合均匀，于真空干燥箱中去除气泡，然后，将其浇注到具有微透镜阵列结构的光刻胶母版上并在鼓风干燥箱中进行热固化处理，热固化温度为90℃，固化时间为1小时，将固化完全的PDMS从光刻胶母版剥离，获得具有微透镜阵列结构的PDMS软模板；
步骤3，将具有微透镜阵列结构的PDMS软模板压印到权利要求1制得的复合薄膜上，室温下静置30分钟后，放置于氙灯下进行紫外曝光固化40分钟，固化完成后将样品放置于暗室室温下静置2小时，最后将PDMS软模板从固化完全的复合薄膜上剥离，从而在复合薄膜上制备得到透镜高3μm，直径分别为5μm和8μm的微透镜阵列。
CN201811284577.4A 2018-10-30 2018-10-30 一种二氧化钛/3-（异丁烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷有机-无机复合薄膜的制法及应用 Pending CN109251338A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811284577.4A CN109251338A (zh) 2018-10-30 2018-10-30 一种二氧化钛/3-（异丁烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷有机-无机复合薄膜的制法及应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811284577.4A CN109251338A (zh) 2018-10-30 2018-10-30 一种二氧化钛/3-（异丁烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷有机-无机复合薄膜的制法及应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109251338A true CN109251338A (zh) 2019-01-22

Family

ID=65044300

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811284577.4A Pending CN109251338A (zh) 2018-10-30 2018-10-30 一种二氧化钛/3-（异丁烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷有机-无机复合薄膜的制法及应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109251338A (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110308501A (zh) * 2019-07-24 2019-10-08 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 一种强激光薄膜及其制备方法、应用
CN110441838A (zh) * 2019-08-07 2019-11-12 南京邮电大学 基于二氧化钛有机-无机光敏复合薄膜异形凸透镜阵列的制备方法
CN112010258A (zh) * 2020-09-04 2020-12-01 南京邮电大学 具有微纳结构阵列的复合薄膜的制备方法
WO2021015044A1 (ja) * 2019-07-24 2021-01-28 ナガセケムテックス株式会社 インプリント用樹脂組成物
CN114149589A (zh) * 2021-11-18 2022-03-08 常熟理工学院 一种高折射率紫外光固化纳米压印胶

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101587297A (zh) * 2009-07-07 2009-11-25 西安交通大学 二氧化钛基有机-无机复合薄膜的制备及采用该薄膜制备微光器件的方法
CN102799066A (zh) * 2012-08-24 2012-11-28 西安交通大学 一种在二氧化钛有机无机光敏复合薄膜上制备凹透镜阵列结构的方法
US20130092229A1 (en) * 2010-06-18 2013-04-18 University Of Florida Research Foundation, Inc. Thin film photovoltaic devices with microlens arrays
CN108681206A (zh) * 2018-05-11 2018-10-19 南京邮电大学 同时具有上转换发光功能和紫外光敏特性的复合薄膜材料及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101587297A (zh) * 2009-07-07 2009-11-25 西安交通大学 二氧化钛基有机-无机复合薄膜的制备及采用该薄膜制备微光器件的方法
US20130092229A1 (en) * 2010-06-18 2013-04-18 University Of Florida Research Foundation, Inc. Thin film photovoltaic devices with microlens arrays
CN102799066A (zh) * 2012-08-24 2012-11-28 西安交通大学 一种在二氧化钛有机无机光敏复合薄膜上制备凹透镜阵列结构的方法
CN108681206A (zh) * 2018-05-11 2018-10-19 南京邮电大学 同时具有上转换发光功能和紫外光敏特性的复合薄膜材料及其制备方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
XUEHUA ZHANG ET AL.: ""Sol-gel concave micro-lens arrays fabricated by combining the replicated PDMS soft mold with UV-cured imprint process"", 《APPLIED PHYSICS B-LASERS AND OPTICS》 *
唐靓 等: "" 溶胶-凝胶法制备YAG∶Ce,Yb纳米荧光粉及其发光性质研究"", 《发光学报》 *
王锦高 著: "《半导体照明LED白光荧光粉论文集 2005-2012》", 31 January 2013, 厦门大学出版社 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110308501A (zh) * 2019-07-24 2019-10-08 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 一种强激光薄膜及其制备方法、应用
WO2021015044A1 (ja) * 2019-07-24 2021-01-28 ナガセケムテックス株式会社 インプリント用樹脂組成物
CN110308501B (zh) * 2019-07-24 2022-04-29 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 一种强激光薄膜及其制备方法、应用
CN110441838A (zh) * 2019-08-07 2019-11-12 南京邮电大学 基于二氧化钛有机-无机光敏复合薄膜异形凸透镜阵列的制备方法
CN112010258A (zh) * 2020-09-04 2020-12-01 南京邮电大学 具有微纳结构阵列的复合薄膜的制备方法
CN112010258B (zh) * 2020-09-04 2024-04-23 南京邮电大学 具有微纳结构阵列的复合薄膜的制备方法
CN114149589A (zh) * 2021-11-18 2022-03-08 常熟理工学院 一种高折射率紫外光固化纳米压印胶

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109251338A (zh) 一种二氧化钛/3-（异丁烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷有机-无机复合薄膜的制法及应用
Sanchez et al. Optical properties of functional hybrid organic–inorganic nanocomposites
Houbertz et al. Inorganic–organic hybrid polymers for information technology: from planar technology to 3D nanostructures
CN101124520B (zh) 单光子和多光子可聚合的陶瓷前体聚合组合物
Yang et al. Transparent and light-emitting epoxy nanocomposites containing ZnO quantum dots as encapsulating materials for solid state lighting
CN101587297A (zh) 二氧化钛基有机-无机复合薄膜的制备及采用该薄膜制备微光器件的方法
CN102243435B (zh) 一种通过正负光刻胶复合显影制备微纳米流体系统的方法
CN102565942B (zh) 紫外纳米压印技术制备有机聚合物光波导放大器的方法
RU2745516C2 (ru) Композиция краски для впечатывания, способ впечатывания, световое устройство, оптический датчик и фотоэлектрическое устройство с оптическим элементом
CN108681206A (zh) 同时具有上转换发光功能和紫外光敏特性的复合薄膜材料及其制备方法
DE102010044133B4 (de) Ätzverfahren zur Oberflächenstrukturierung und Ätzmaske
CN104656189A (zh) 利用稀土纳米粒子与单体共聚制备聚合物光波导放大器增益介质的方法
CN101257185A (zh) 有机无机复合回音壁模式光学微腔激光器的制备方法
CN108358465B (zh) 具有光开关与光固化功能的复合薄膜材料的制备方法
CN116184762A (zh) 一种吸蓝光光刻胶、吸蓝光材料层的制备方法和显示结构
Han et al. Patterning and optical properties rhodamine B-doped organic–inorganic silica films fabricated by sol–gel soft lithography
CN101593929B (zh) 表面起伏的波导分布反馈结构杂化介质的制备方法
US6723487B2 (en) Method for producing article coated with patterned film and photosensitive composition
CN110061154A (zh) 利用热纳米压印制备具有微纳光栅结构的超薄复合金属电极的方法及应用
Gan et al. Full-wood utilization strategy toward a directional luminescent solar concentrator
TW201121098A (en) Method for forming forming thin-film structure of light-emitting device by nanoimprint
Zhao et al. Surface modification toward luminescent and stable silica-coated quantum dots color filter
CN102540333B (zh) 一种通过利用具有紫外光敏特性的硅钛有机-无机复合材料来制备功能化条形波导的方法
CN110120461A (zh) 一种复合结构增强的qled器件及其制备方法
Della Giustina et al. Doubly patternable epoxy based sol–gel structures by UV and soft lithography

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190122