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antireflective; moth-eye; bcml , nanostructuring
Abstract:
In dieser Arbeit wurden neuartige, im Nanometerbereich strukturierte Materialien entwickelt. Zur Erzeugung biomimetischer, antireflexiver Schichten wurden Nanopartikelmuster mittels der mizellaren Blockcopolymer Nanolithographie (engl. „block copolymer micellar nanolithography“ - BCML) hergestellt und anschließend als Maske für einen reaktiven Ionenätzprozess genutzt. Um eine größere Variation an Nanopartikelmustern zu erschließen wurde die BCML-Technik erweitert. Hierzu wurde ein neues Verfahren entwickelt, das es erlaubt, verschiedene binäre StrukturenausNanopartikelnherzustellen.Weiterhinwurdeeinneuartiges Belichtungsverfahren eingeführt, welches es erstmalig erlaubt, die Nanopartikelgröße ortsaufgelöst zu verändern. Die Nanostrukturen, die auf den Augen bestimmter Motten entdeckt wurden, wirken antireflektiv. In dieser Arbeit neu entwickelte mehrschrittige Ätzprozesse erlauben es, solche Strukturen großflächig und kostengünstig herzustellen. Die so erzeugten Strukturen können für eine antireflektive Wirkung bei verschiedene Wellenlängen (UV-Bereich) oder für eine extrem breitbandige Wirkung optimiert werden. Die antireflektive Wirkung der Strukturen wurde erfolgreich auf flachen Substraten, sowie auf optische Elemente gezeigt. Um ein Beschlagen von Quarzglas durch Luftfeuchtigkeit zu verhindern, wurde außerdem ein neues Verfahren entwickelt, das erstmals eine chemische Modifizierung der Oberfläche mit einer stochastischen Nanostrukturierung kombiniert. Dies führt zur Ausbildung superhydrophiler Quarzglasoberflächen welche einen ausgeprägten Antibeschlagseffekt zeigen und im Gegensatz zu anderen Verfahren sowohl bei Temperaturschwankungen (-25°C – 120°C), als auch bei Lagerung über einige Wochen wirksam bleiben.
Abstract:
New materials, structured on the nanometerscale, have been developed in this thesis. To fabricate biomimetic antireflective nanostructures, micellar block copolymer nanolithography (BCML) has been used to create nanoparticle arrays serving as a mask for a reactive ion etching process. The BCML-technology has been extended to achieve a greater variety in nanoparticle arrays. For that purpose a novel process has been developed, which allows for the creation of different binary nanoparticle arrays. Furthermore a new method has been introduced to obtain for the first time spatial control of the nanoparticlesize. The nanostructures, which have been discovered on the eyes of certain moth species, show antireflective properties. In this thesis newly developed etching processes allow for the cost effective fabrication of moth-eye structures on large areas. These nanostrucutres can be tuned to maximum efficiency at certain wavelengths (UV range) or to show a very broadband effect. The antireflective properties of such structures have been successfully shown on flat substrates as well as on optical elements. To prevent fogging of fused silica substrates a new method has been developed, which combines a chemical modification of the surface with the creation of stochastic nanostructures for the first time. This results in super hydrophilic surfaces showing a remarkable antifogging effect. Contrary to other super hydrophilic layers these surfaces remain super hydrophilic even under large temperature differences (-25°C – 120°C) as well as during storage over extended periods (several weeks).
