CN113156554A - 光学功能薄膜及其制备方法及柔性光电子器件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了光学功能薄膜及其制备方法及柔性光电子器件。具体的，本发明公开了一种光学功能薄膜，包括：复合衬底，复合衬底包括：衬底；金属薄膜层，金属薄膜层设置在衬底的一侧；有机介电层，有机介电层设置在金属薄膜层远离衬底的一侧；以及金属纳米颗粒层，金属纳米颗粒层设置在复合衬底的有机介电层远离金属薄膜层的一侧，其中，金属薄膜层和有机介电层的界面处可激发表面等离极化激元，金属纳米颗粒层是由具有局域表面等离子体共振效应的金属纳米颗粒形成的。由此，该光学功能薄膜中，局域表面等离子体共振效应和表面等离极化激元效应可以相互耦合，电场增强性能显著提高。
Description
技术领域
本发明涉及光电子材料技术领域，具体地，涉及光学功能薄膜及其制备方法及柔性光电子器件。
背景技术
目前，随着技术水平和人们生活水平的提高，电子产品的柔性化、可穿戴以及可折叠等成为新的发展需求，柔性电子产品被广泛应用到柔性显示、柔性太阳能电池、电子通信、医疗以及军事等领域。柔性材料是柔性电子产品的基础，例如在柔性有机发光显示器件等柔性光电子器件中，具有柔性的光电子材料具有重要作用。
近年来，纳米材料因其尺寸接近激子玻尔半径和电子德布罗意波长而缩短了电子平均自由程，增强了电子相干性，故在光学、热学、电磁学和力学等方面具有不同于宏观材料的量子尺寸效应、高比表面效应和宏观量子隧道效应。基于金属纳米颗粒的局域表面等离子体共振(LSPR)效应可以极大地增强电场，提高光电子器件的性能。然而，目前的基于金属纳米颗粒的局域表面等离子体共振(LSPR)效应的材料，其电场增强性能仍有待提高。
发明内容
本发明是基于发明人对于以下事实和问题的发现和认识作出的：
发明人发现，目前的基于金属纳米颗粒的局域表面等离子体共振(LSPR)效应的材料，通常仅仅基于金属纳米颗粒之间的表面电子成键轨道耦合而诱导的电场增强效应，其电场增强性能比较有限。当光从光密介质向光疏介质传播发生全反射时，会产生进入光疏介质的倏逝波；当金属中自由电子集体振荡而产生的沿金属表面传播的电子疏密波，也称为表面等离子体波的波矢和频率与倏逝波相同时，会发生共振耦合，产生显著的电场增强现象，称为表面等离极化激元(SPPs)效应。而当金属粒子的尺寸远小于入射光波长时，入射光波的频率和表面等离子体波的频率相同时，不需要波矢匹配，即可发生共振，即产生局域表面等离子体共振(LSPR)效应。在粗糙表面上，SPPs和LSPR的频率接近，LSPR可以激发SPPs，SPPs也可以激发LSPR，两者之间发生能量转换。因此，如果能提出一种新的光学功能薄膜，可以简便地将表面等离极化激元(SPPs)和局域表面等离子体共振(LSPR)结合起来，该光学功能薄膜中，局域表面等离子体共振和表面等离极化激元可以相互耦合，将能极大地提高该光学功能薄膜的电场增强性能，将能在很大程度上解决上述问题；并且该光学功能薄膜可以是柔性的，该光学功能薄膜可以用于柔性电子产品中，应用范围广，可以提高柔性电子产品的使用性能等。
有鉴于此，在本发明的一个方面，本发明提出了一种光学功能薄膜。根据本发明的实施例，该光学功能薄膜包括：复合衬底，所述复合衬底包括：衬底；金属薄膜层，所述金属薄膜层设置在所述衬底的一侧；有机介电层，所述有机介电层设置在所述金属薄膜层远离所述衬底的一侧；以及金属纳米颗粒层，所述金属纳米颗粒层设置在所述复合衬底的所述有机介电层远离所述金属薄膜层的一侧，其中，所述金属薄膜层和所述有机介电层的界面处可激发表面等离极化激元，所述金属纳米颗粒层是由具有局域表面等离子体共振效应的金属纳米颗粒形成的。由此，该光学功能薄膜中，局域表面等离子体共振效应和表面等离极化激元效应可以相互耦合，电场增强性能显著提高。
根据本发明的实施例，形成所述衬底的材料包括：聚烯烃、含氟聚合物、聚氨酯、硅橡胶、硅氧烷、环氧化合物、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酯、酮树脂、环氧树脂中的至少一种。由此，衬底的材料来源广泛，且衬底可以是硬质衬底，也可以是软质衬底，因此，该光学功能薄膜可以是刚性的，也可以是柔性的，应用范围广泛，进一步提高了该光学功能薄膜的使用性能。
根据本发明的实施例，形成所述金属薄膜层的材料包括Au、Ag和Cu中的至少一种。由此，上述材料形成的金属薄膜层可以在界面处激发产生表面等离极化激元，并且该表面等离极化激元可以和金属纳米颗粒产生的局域表面等离子体共振相互耦合，进而可以提高该光学功能薄膜的电场增强性能。
根据本发明的实施例，所述有机介电层包括有机基底以及分散在所述有机基底中的介电增强材料，形成所述有机基底的材料包括聚烯烃、含氟聚合物、聚氨酯、硅橡胶、硅氧烷、环氧化合物、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酯、酮树脂、环氧树脂中的至少一种，所述介电增强材料包括陶瓷材料。由此，通过控制有机基底中添加的介电增强材料的量，可以调节该有机介电层的介电常数的大小，便于该有机介电层的介电常数和金属薄膜层的厚度、金属纳米颗粒的尺寸、间距等参数相互匹配，在一定的入射光波长下达到最强的共振强度，进一步提高该光学功能薄膜的电场增强性能。
根据本发明的实施例，形成所述金属纳米颗粒的金属元素包括Ag、Au和Cu中的至少一种。由此，上述材料形成的金属纳米颗粒可以较好地产生局域表面等离子体共振，进一步提高该光学功能薄膜的电场增强性能。
在本发明的另一方面，本发明提出了一种制备前面所述的光学功能薄膜的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：提供衬底；在所述衬底的一侧镀金属薄膜，以便形成金属薄膜层；将介电增强材料和有机基底混合后，涂覆在所述金属薄膜层远离所述衬底的一侧，以便形成有机介电层，以便形成复合衬底；将金属纳米颗粒前驱体和所述复合衬底混合，并进行后处理，在所述有机介电层远离所述金属薄膜层的一侧形成金属纳米颗粒层，形成所述光学功能薄膜。由此，该方法制备的光学功能薄膜具有前面所述的光学功能薄膜所具有的全部特征以及优点，在此不再赘述。总的来说，该方法可以简便地制备同时具有局域表面等离子体共振和表面等离极化激元的光学功能薄膜，该光学功能薄膜中，局域表面等离子体共振和表面等离极化激元可以相互耦合，能显著提高该光学功能薄膜的电场增强性能。
根据本发明的实施例，形成所述金属薄膜层进一步包括：利用磁控溅射设备在真空条件下进行镀膜，膜层生长速率为0.05-0.2nm/s，形成的所述金属薄膜层的厚度为1-1000nm；进行所述镀膜后，对所述金属薄膜层进行等离子体清洗处理。由此，该方法可以简便地制备金属薄膜层，且金属薄膜层的厚度在上述范围时，可以较好地在界面处激发产生表面等离极化激元，提高对入射光的共振相应强度；并且，对镀膜形成的金属薄膜层进行等离子体清洗处理可以提高金属薄膜层的表面活性，可以提高金属薄膜层和其他膜层之间的层间结合力。
根据本发明的实施例，形成所述有机基底的材料包括聚烯烃、含氟聚合物、聚氨酯、硅橡胶、硅氧烷、环氧化合物、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酯、酮树脂、环氧树脂中的至少一种，所述介电增强材料包括陶瓷材料，所述有机介电层是通过下述方法制备的：将陶瓷材料粉末分散在第一溶剂中，并进行搅拌，形成第一分散液；将有机基底粉末加入所述第一分散液中，并进行搅拌，形成第二分散液；将所述第二分散液旋涂在所述金属薄膜层远离所述衬底的一侧，并进行加热处理，以便形成所述有机介电层，以便形成所述复合衬底。由此，该方法可以简便地制得有机介电层，且该有机介电层的介电常数容易调节，便于该有机介电层的介电常数和金属薄膜层的厚度、金属纳米颗粒的尺寸、间距等参数相互匹配，在一定的入射光波长下达到最强的共振强度，进一步提高该方法所制备的光学功能薄膜的电场增强性能。
根据本发明的实施例，所述金属纳米颗粒前驱体包括AgNO3或HAuCl4，形成所述金属纳米颗粒层进一步包括：将所述金属纳米颗粒前驱体和第二溶剂混合，形成金属纳米颗粒前驱体溶液，所述金属纳米颗粒前驱体溶液的浓度为(0.01-20)g/L；将所述复合衬底放入所述金属纳米颗粒前驱体溶液中，加入氨水，并进行搅拌，在所述有机介电层远离所述金属薄膜层的一侧形成金属纳米颗粒预制层，其中，所述氨水的浓度为(0.01-10)mol/L；对形成有所述金属纳米颗粒预制层的所述复合衬底进行等离子体放电处理，以便形成所述金属纳米颗粒层。由此，该方法可以简便地制得具有局域表面等离子体共振效应的金属纳米颗粒层，并且，该方法中，金属纳米颗粒前驱体溶液的浓度以及氨水的浓度在上述范围时，便于控制形成的金属纳米颗粒的粒径以及间距等参数，便于该金属纳米颗粒的粒径、间距和前面所述的有机介电层、金属薄膜层等相匹配，在一定的入射光波长下达到最强的共振强度，进一步提高该方法所制备的光学功能薄膜的电场增强性能。
在本发明的另一方面，本发明提出了一种柔性光电子器件。根据本发明的实施例，该柔性光电子器件包括：前面所述的光学功能薄膜。由此，该柔性光电子器件具有前面所述的光学功能薄膜所具有的全部特征以及优点，在此不再赘述。总的来说，该柔性光电子器件的使用性能良好。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1显示了根据本发明一个实施例的光学功能薄膜的结构示意图；
图2显示了根据本发明一个实施例的制备光学功能薄膜的方法流程图；
图3显示了根据本发明另一个实施例的制备光学功能薄膜的方法流程图；
图4显示了根据本发明又一个实施例的制备光学功能薄膜的方法流程图；以及
图5显示了根据本发明又一个实施例的制备光学功能薄膜的方法流程图。
附图标记说明：
100：复合衬底；110：衬底；120：金属薄膜层；130：有机介电层；200：金属纳米颗粒层；210：金属纳米颗粒；1000：光学功能薄膜。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种光学功能薄膜。根据本发明的实施例，参考图1，该光学功能薄膜1000包括：复合衬底100和金属纳米颗粒层200，复合衬底100包括：衬底110、金属薄膜层120和有机介电层130，金属薄膜层120设置在衬底110的一侧，有机介电层130设置在金属薄膜层120远离衬底110的一侧，金属纳米颗粒层200设置在复合衬底100的有机介电层130远离金属薄膜层120的一侧，其中，金属薄膜层120和有机介电层130的界面处可激发表面等离极化激元，金属纳米颗粒层200是由具有局域表面等离子体共振效应的金属纳米颗粒形成的。由此，该光学功能薄膜1000中，局域表面等离子体共振效应和表面等离极化激元效应可以相互耦合，该光学功能薄膜1000的电场增强性能显著提高。
如前所述，目前的基于金属纳米颗粒的局域表面等离子体共振(LSPR)效应的材料，通常仅仅基于金属纳米颗粒之间的表面电子成键轨道耦合而诱导的电场增强效应，其电场增强性能比较有限。而本申请中的光学功能薄膜，通过将用于承载具有局域表面等离子体共振效应的金属纳米颗粒的衬底制作为复合衬底，该复合衬底包括依次层叠设置的衬底、金属薄膜层和有机介电层，该复合衬底中的金属薄膜层和有机介电层的界面处可以激发产生表面等离极化激元(SPPs)，该金属薄膜层的界面处产生的表面等离极化激元可以和金属纳米颗粒层中的金属纳米颗粒产生的局域表面等离子体共振(LSPR)相互耦合，相互影响，因此，该光学功能薄膜中综合了多重电场增强机制，可以提高该光学功能薄膜的电场增强性能，进一步提高使用该光学功能薄膜的柔性光电子器件的使用性能。并且，可以根据入射光的波长，调节该光学功能薄膜中的金属薄膜层的厚度、有机介电层的介电常数、金属纳米颗粒的粒径、间距等参数，使得该光学功能薄膜中的金属薄膜层的厚度、有机介电层的介电常数、金属纳米颗粒的粒径、间距等参数和入射光波长之间相互匹配，以达到最强的电场强度，进一步提高该光学功能薄膜的电场增强性能。此外，上述光学功能薄膜的制备工艺较为简单，并且，该光学功能薄膜可以为刚性的，也可以为柔性的，柔性的光学功能薄膜可以用于柔性光电子器件，例如柔性有机发光显示器件(OLED)等柔性产品中，应用范围广。
根据本发明的实施例，参考图1，衬底110的材料不受特别限制，例如形成衬底110的材料可以包括：聚烯烃、含氟聚合物、聚氨酯、硅橡胶、硅氧烷、环氧化合物、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酯、酮树脂、环氧树脂中的至少一种，例如可以包括聚酰亚胺(PI)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的至少一种。由此，形成衬底110的材料来源广泛，并且，衬底110可以为硬质衬底，也可以为软质衬底，本领域技术人员可以根据需要进行设计，因此，光学功能薄膜1000可以是刚性的，也可以是柔性的，应用范围广泛，进一步提高了该光学功能薄膜1000的使用性能。
根据本发明的实施例，形成金属薄膜层120的材料可以包括Au、Ag和Cu中的至少一种。由此，上述材料形成的金属薄膜层120可以在界面处激发产生表面等离极化激元，并且该表面等离极化激元可以和金属纳米颗粒210产生的局域表面等离子体共振相互耦合，进而可以提高该光学功能薄膜1000的电场增强性能。具体的，参考图1，金属薄膜层120的厚度h可以为1-1000nm，例如可以为5nm，可以为10nm，可以为20nm，可以为30nm，可以为40nm，可以为50nm，可以为60nm，可以为70nm，可以为80nm，可以为90nm，可以为100nm，可以为200nm，可以为300nm，可以为500nm，可以为600nm，可以为700nm，可以为800nm，可以为900nm等，金属薄膜层120的厚度在上述范围时，可以较好地在界面处激发产生表面等离极化激元，并且能提高对入射光的共振相应强度。当金属薄膜层120的厚度过大或过小(例如小于1nm或大于1000nm)，均会降低该金属薄膜层对入射光的共振相应强度。需要说明的是，该金属薄膜层120的具体厚度可以根据入射光的波长、有机介电层130的介电常数、金属纳米颗粒210的粒径、间距等参数相匹配，以达到在一定入射光波长下的最强共振强度。
根据本发明的实施例，有机介电层130可以包括有机基底以及分散在有机基底中的介电增强材料(图中未示出)，具体的，形成有机基底的材料可以包括聚烯烃、含氟聚合物、聚氨酯、硅橡胶、硅氧烷、环氧化合物、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酯、酮树脂、环氧树脂中的至少一种，例如有机基底可以包括聚偏二氟乙烯(PVDF)膜等，介电增强材料可以包括陶瓷材料，例如包括二氧化锆等。由此，通过控制有机基底(例如聚偏二氟乙烯膜)中添加的介电增强材料的量，可以简便地调节该有机介电层130的介电常数的大小，一方面，便于调节金属纳米颗粒210的介电环境，便于形成在该有机介电层130表面的金属纳米颗粒210在一定的入射光波长下可以产生局域表面等离子体共振；另一方面，便于该有机介电层130的介电常数和金属薄膜层120的厚度、金属纳米颗粒210的尺寸、间距等参数相互匹配，在一定的入射光波长下达到最强的共振强度，进一步提高该光学功能薄膜1000的电场增强性能。具体的，有机介电层300的厚度可以不大于7mm，例如可以为6mm，可以为5mm，可以为4mm，可以为3mm，可以为2mm，可以为1mm等，由此，有机介电层130的厚度在上述范围时不会影响该光学功能薄膜1000整体的柔性。
根据本发明的实施例，金属纳米颗粒层200是由具有局域表面等离子共振效应的金属纳米颗粒210形成的，形成金属纳米颗粒210的金属元素可以包括Ag、Au和Cu中的至少一种，具体的，金属纳米颗粒210可以为单一的Ag纳米颗粒，可以为单一的Au纳米颗粒，可以为单一的Cu纳米颗粒，也可以为Ag纳米颗粒、Au纳米颗粒和Cu纳米颗粒中的任意两种或三种。具体的，参考图1，金属纳米颗粒210的粒径d可以为1-20nm，例如可以为2nm，可以为4nm，可以为5nm，可以为6nm，可以为8nm，可以为10nm，可以为12nm，可以为14nm，可以为15nm，可以为16nm，可以为18nm，可以为19nm等；金属纳米颗粒层200中的相邻两个金属纳米颗粒210之间的间距L可以为1-30nm，例如可以为2nm，可以为4nm，可以为5nm，可以为6nm，可以为8nm，可以为10nm，可以为12nm，可以为14nm，可以为15nm，可以为16nm，可以为18nm，可以为19nm，可以为22nm，可以为24nm，可以为25nm，可以为26nm，可以为28nm，可以为29nm等。由此，金属纳米颗粒210的粒径d以及间距L在上述范围时，可以较好地产生局域表面等离子体共振，并且金属纳米颗粒210的粒径d以及间距L可以在上述范围内进行调节，以便金属纳米颗粒210的粒径以及间距、金属薄膜层120的厚度、有机介电层130的介电常数等参数相匹配，在一定的入射光波长下达到最强的共振强度，进一步提高该光学功能薄膜1000的电场增强性能。
具体的，在一定的入射光波长下，金属纳米颗粒210的粒径以及间距等参数可以采用FDTD仿真计算进行模拟，以便优化金属纳米颗粒的局域表面等离子体效应，使得金属纳米颗粒210的共振响应强度能够达到最大。
在本发明的另一方面，本发明提出了一种制备前面所述的光学功能薄膜的方法。由此，该方法制备的光学功能薄膜具有前面所述的光学功能薄膜所具有的全部特征以及优点，在此不再赘述。总的来说，该方法可以简便地制备同时具有局域表面等离子体共振和表面等离极化激元的光学功能薄膜，该光学功能薄膜中，局域表面等离子体共振和表面等离极化激元可以相互耦合，能显著提高该光学功能薄膜的电场增强性能；该制备方法较为温和，可以制备柔性的光学功能薄膜，便于在柔性的衬底上形成各个膜层以及金属纳米颗粒，不会对制备的光学功能薄膜的柔性造成影响；并且，该方法中各个膜层的厚度、金属纳米颗粒的粒径、间距等参数精确可控，进一步提高了所制备的光学功能薄膜的电场增强性能。
根据本发明的实施例，参考图2，该方法包括：
S100：提供衬底
在该步骤中，提供衬底。根据本发明的实施例，衬底可以为前面所述的衬底，例如形成衬底的材料可以包括：聚烯烃、含氟聚合物、聚氨酯、硅橡胶、硅氧烷、环氧化合物、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酯、酮树脂、环氧树脂中的至少一种，例如可以包括聚酰亚胺(PI)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)中的至少一种。由此，形成衬底的材料来源广泛，并且，衬底可以为硬质衬底，也可以为软质衬底，本领域技术人员可以根据需要进行设计，因此，光学功能薄膜可以是刚性的，也可以是柔性的，应用范围广泛，进一步提高了该方法所制备的光学功能薄膜的使用性能。
S200：形成金属薄膜层
在该步骤中，在前面步骤所述的衬底的一侧镀金属薄膜，以便形成金属薄膜层。根据本发明的实施例，形成金属薄膜层的材料可以和前面描述的相同，例如形成金属薄膜层的材料可以包括Au、Ag和Cu中的至少一种。具体的，参考图3，形成金属薄膜层可以进一步包括以下步骤：
S210：利用磁控溅射设别在真空条件下进行镀膜
在该步骤中，利用磁控溅射设备在真空条件下进行镀膜。具体的，真空度可以为5×10-4Pa左右。具体的，膜层生长速率可以为0.05-0.2nm/s，例如可以为0.08nm/s，可以为0.1nm/s，可以为0.15nm/s等，由此，膜层的生产速度在上述范围时，可以制得均匀性良好的金属薄膜层。具体的，形成的金属薄膜层的厚度可以为1-1000nm，金属薄膜层的厚度在上述范围时，可以较好地在界面处激发产生表面等离极化激元，并且能提高对入射光的共振相应强度。需要说明的是，具体的镀膜形成的金属薄膜层的厚度可以和入射光的波长、后续步骤制备的有机介电层的介电常数、金属纳米颗粒的粒径、间距等参数相匹配，以达到在一定入射光波长下的最强共振强度。
S220：对金属薄膜层进行等离子体清洗处理
在该步骤中，对前面步骤中经过镀膜处理形成的金属薄膜层进行等离子体清洗处理。具体的，在磁控溅射镀膜后可以采用等离子体清洗机对金属薄膜进行处理，进而可以提高金属薄膜层的表面活性，可以提高金属薄膜层和后续方法制备的有机介电层之间的层间结合力。具体的，该方法中，在进行磁控溅射镀膜之前，也可以预先对衬底进行等离子体清洗处理，由此，可以提高衬底和金属镀膜层之间的结合力。
S300：形成有机介电层，以便形成复合衬底
在该步骤中，将介电增强材料和有机基底混合后，涂覆在前面步骤中制备的金属薄膜层远离衬底的一侧，以便形成有机介电层，以便形成衬底、金属薄膜层、有机介电层依次层叠设置的复合衬底。根据本发明的实施例，形成有机基底的材料以及介电增强材料的具体种类可以和前面描述的相同，例如形成有机基底的材料可以包括聚烯烃、含氟聚合物、聚氨酯、硅橡胶、硅氧烷、环氧化合物、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酯、酮树脂、环氧树脂中的至少一种，例如可以包括聚偏二氟乙烯，介电增强材料包括陶瓷材料，例如可以为二氧化锆等。具体的，参考图4，有机介电层可以是通过下述方法制备的：
S310：形成第一分散液
在该步骤中，将陶瓷材料(例如二氧化锆(ZrO2))粉末分散在第一溶剂中，并进行搅拌，形成第一分散液。具体的，第一溶剂可以为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)，该方法可以具体包括：(1)将陶瓷材料(例如ZrO2粉末)加入DMF中，并用超声波清洗机超声剥离直至完全分散；(2)低速离心超声后的第一分散液，例如可以在2000r/min的条件下离心20min，然后提取上清液；(3)对提取出来的上清液边搅拌边加热(例如加热至40℃)进行浓缩，配成一定浓度的ZrO2/DMF第一分散液，并保持搅拌。由此，可以获得浓度一定的第一分散液，便于后续步骤的制备。
具体的，该步骤中使用的ZrO2粉末可以是通过下述方法制备的：将一定量的八水氧氯化锆放置于坩埚中，分两个阶段进行热处理，例如先加热到150-250℃，在这个温度保持20-30s，然后快速升温至550-650℃，并在这个温度下保持100-120s。降温后取出，即得到纯白色的ZrO2粉末。再将热处理后得到的白色ZrO2粉末研磨成粉即可。
S320：将有机基底粉末加入第一分散液中，形成第二分散液
在该步骤中，将有机基底粉末(例如聚偏氟乙烯粉末)加入前面步骤中制备的第一分散液中，并进行搅拌，形成第二分散液。具体的，可以在第一分散液中缓慢逐量加入有机基底粉末(例如聚偏氟乙烯(PVDF)粉末)，边溶解边加入。并且，可以对第二分散液进行搅拌，以便形成均匀分散的第二分散液。
S330：将第二分散液旋涂在金属薄膜层远离衬底的一侧，形成有机介电层
该步骤中，将前面步骤制备的第二分散液旋涂在金属薄膜层远离衬底的一侧，并进行加热处理，以便形成有机介电层。具体的，旋涂的速率可以为2500-3500rpm/s，由此，便于形成厚度均匀的有机介电层。具体的，有机介电层的厚度可以通过旋涂时间的调整而改变，具体的，加热处理可以包括：在70-90℃下，对旋涂形成的有机介电层加热4-8h，以除去残留的DMF溶剂，即得到复合衬底。
由此，上述方法可以简便地制得有机介电层，且该有机介电层的介电常数容易调节，例如可以通过调节第一分散液中的陶瓷材料(例如二氧化锆)的含量等，简便地调节最终形成的有机介电层的介电常数。进而便于该有机介电层的介电常数和前面步骤中制备的金属薄膜层的厚度、后续步骤制备的金属纳米颗粒的尺寸、间距等参数相互匹配，在一定的入射光波长下达到最强的共振强度，进一步提高该方法所制备的光学功能薄膜的电场增强性能。
S400：形成金属纳米颗粒层
在该步骤中，将金属纳米颗粒前驱体和前面步骤中制备的复合衬底混合，并进行后处理，在有机介电层远离金属薄膜层的一侧形成金属纳米颗粒层，形成光学功能薄膜。根据本发明的实施例，金属纳米颗粒前驱体可以包括AgNO3或HAuCl4，具体的，参考图5，该方法进一步包括：
S410：形成金属纳米颗粒前驱体溶液
在该步骤中，将金属纳米颗粒前驱体和第二溶剂混合，形成金属纳米颗粒前驱体溶液。具体的，金属纳米颗粒前驱体可以包括AgNO3或HAuCl4；具体的，第二溶剂可以为去离子水。具体的，金属纳米颗粒前驱体溶液的浓度可以为(0.01-20)g/L，例如可以为0.05g/L，可以为0.1g/L，可以为0.5g/L，可以为1g/L，可以为1.4g/L，可以为2g/L，可以为5g/L，可以为10g/L，可以为12g/L，可以为15g/L，可以为17g/L等。金属纳米颗粒前驱体溶液的浓度在上述范围时，便于通过后续步骤制备出粒径以及粒径间距在一定范围内的金属纳米颗粒，且制备的金属纳米颗粒具有较好的局域表面等离子体共振效应。当金属纳米颗粒前驱体溶液的浓度过大(例如大于20g/L)时，制备的金属纳米颗粒的粒径过大，且间距过小，金属纳米颗粒的局域表面等离子体共振效应较差；当金属纳米颗粒前驱体溶液的浓度过小(例如小于0.01g/L)时，制备的金属纳米颗粒的粒径过小，且间距过大，金属纳米颗粒的局域表面等离子体共振效应较差。
S420：形成金属纳米颗粒预制层
在该步骤中，将前面步骤中制备的复合衬底放入金属纳米颗粒前驱体溶液中，加入氨水，并进行搅拌，在有机介电层远离金属薄膜层的一侧形成金属纳米颗粒预制层。具体的，加入的氨水的浓度可以为(0.01-10)mol/L，例如可以为0.05mol/L，可以为0.1mol/L，可以为0.2mol/L，可以为0.5mol/L，可以为1mol/L，可以为2mol/L，可以为5mol/L，可以为7mol/L等。由此，氨水浓度在上述范围时，便于前面步骤中的金属纳米颗粒前驱体和氨水反应，在有机介电层的表面形成形成纳米颗粒预制层。当氨水的浓度过大(例如大于10mol/L)时，制备的金属纳米颗粒的粒径过大，会影响金属纳米颗粒的局域表面等离子体共振效应，并且，氨水浓度过大还会造成金属纳米颗粒不能较好地负载在金属薄膜层的表面；当氨水的浓度过小(例如小于0.01mol/L)时，制备的金属纳米颗粒的粒径过小，会影响金属纳米颗粒的局域表面等离子体共振效应，并且易造成操作时间过长，制备效率较低等问题。
S430：进行等离子体放电处理，以便形成金属纳米颗粒层
在该步骤中，对前面步骤中形成有金属纳米颗粒预制层的复合衬底进行等离子体放电处理，以便形成金属纳米颗粒层。具体的，可以将形成有金属纳米颗粒预制层的复合衬底放入离子体放电装置中，采用氢气作为工作气体，先用氢气通入反应器1-2min吹走反应器中的空气，再开启等离子体电源进行放电处理，放电时间可以为20-40s，等离子体放电参数可以为：功率75-95W，频率10-20kHz。形成金属纳米颗粒层。
由此，该方法可以简便地制得具有局域表面等离子体共振效应的金属纳米颗粒层，并且，该方法条件温和，制备的光学功能薄膜可以是刚性的，也可以是柔性的，且制备的柔性光学功能薄膜的柔性较好，应用范围广泛；并且还能实现金属纳米颗粒在复合衬底上尺寸及间距精确可控的负载。并且，该方法中，金属纳米颗粒前驱体溶液的浓度以及氨水的浓度在上述范围时，便于控制形成的金属纳米颗粒的粒径以及间距等参数，便于该金属纳米颗粒的粒径、间距和前面所述的有机介电层、金属薄膜层等相匹配，在一定的入射光波长下达到最强的共振强度，进一步提高该方法所制备的光学功能薄膜的电场增强性能。
在本发明的另一方面，本发明提出了一种柔性光电子器件。根据本发明的实施例，该柔性光电子器件包括：前面所述的光学功能薄膜。由此，该柔性光电子器件具有前面所述的光学功能薄膜所具有的全部特征以及优点，在此不再赘述。总的来说，该柔性光电子器件的使用性能良好。具体的，该柔性光电子器件可以为柔性有机发光显示器件(OLED)，前面所述的光学功能薄膜可以用于制备该柔性有机发光显示器件的电子注入层、电子传输层、空穴注入层、空穴传输层等。该光学功能薄膜具有良好的电场增强性能，可以提高使用该光学功能薄膜的柔性光电子器件的使用性能。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“另一个实施例”等的描述意指结合该实施例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种光学功能薄膜，其特征在于，包括：
复合衬底，所述复合衬底包括：
衬底；
金属薄膜层，所述金属薄膜层设置在所述衬底的一侧；
有机介电层，所述有机介电层设置在所述金属薄膜层远离所述衬底的一侧；以及
金属纳米颗粒层，所述金属纳米颗粒层设置在所述复合衬底的所述有机介电层远离所述金属薄膜层的一侧，其中，
所述金属薄膜层和所述有机介电层的界面处可激发表面等离极化激元，所述金属纳米颗粒层是由具有局域表面等离子体共振效应的金属纳米颗粒形成的。
2.根据权利要求1所述的光学功能薄膜，其特征在于，形成所述衬底的材料包括：聚烯烃、含氟聚合物、聚氨酯、硅橡胶、硅氧烷、环氧化合物、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酯、酮树脂、环氧树脂中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的光学功能薄膜，其特征在于，形成所述金属薄膜层的材料包括Au、Ag和Cu中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的光学功能薄膜，其特征在于，所述有机介电层包括有机基底以及分散在所述有机基底中的介电增强材料，形成所述有机基底的材料包括聚烯烃、含氟聚合物、聚氨酯、硅橡胶、硅氧烷、环氧化合物、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酯、酮树脂、环氧树脂中的至少一种，所述介电增强材料包括陶瓷材料。
5.根据权利要求1所述的光学功能薄膜，其特征在于，形成所述金属纳米颗粒的金属元素包括Ag、Au和Cu中的至少一种。
6.一种制备权利要求1-5任一项所述的光学功能薄膜的方法，其特征在于，包括：
提供衬底；
在所述衬底的一侧镀金属薄膜，以便形成金属薄膜层；
将介电增强材料和有机基底混合后，涂覆在所述金属薄膜层远离所述衬底的一侧，以便形成有机介电层，以便形成复合衬底；
将金属纳米颗粒前驱体和所述复合衬底混合，并进行后处理，在所述有机介电层远离所述金属薄膜层的一侧形成金属纳米颗粒层，形成所述光学功能薄膜。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，形成所述金属薄膜层进一步包括：
利用磁控溅射设备在真空条件下进行镀膜，膜层生长速率为0.05-0.2nm/s，形成的所述金属薄膜层的厚度为1-1000nm；
进行所述镀膜后，对所述金属薄膜层进行等离子体清洗处理。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，形成所述有机基底的材料包括聚烯烃、含氟聚合物、聚氨酯、硅橡胶、硅氧烷、环氧化合物、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酯、酮树脂、环氧树脂中的至少一种，所述介电增强材料包括陶瓷材料，所述有机介电层是通过下述方法制备的：
将陶瓷材料粉末分散在第一溶剂中，并进行搅拌，形成第一分散液；
将有机基底粉末加入所述第一分散液中，并进行搅拌，形成第二分散液；
将所述第二分散液旋涂在所述金属薄膜层远离所述衬底的一侧，并进行加热处理，以便形成所述有机介电层，以便形成所述复合衬底。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述金属纳米颗粒前驱体包括AgNO3或HAuCl4，形成所述金属纳米颗粒层进一步包括：
将所述金属纳米颗粒前驱体和第二溶剂混合，形成金属纳米颗粒前驱体溶液，所述金属纳米颗粒前驱体溶液的浓度为(0.01-20)g/L；
将所述复合衬底放入所述金属纳米颗粒前驱体溶液中，加入氨水，并进行搅拌，在所述有机介电层远离所述金属薄膜层的一侧形成金属纳米颗粒预制层，其中，所述氨水的浓度为(0.01-10)mol/L；
对形成有所述金属纳米颗粒预制层的所述复合衬底进行等离子体放电处理，以便形成所述金属纳米颗粒层。
10.一种柔性光电子器件，其特征在于，包括：
权利要求1-5任一项所述的光学功能薄膜。
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