三菱麗陽最近開始全面銷售防反射膜“蛾眼薄膜”。以往防反射膜的光透射率只有92％，而蛾眼薄膜則達(dá)到了99％以上。除可用作顯示器等的防反射膜之外，貼到太陽能電池面板上時(shí)，還有望減少太陽光的反射光，提高轉(zhuǎn)換效率。
蛾眼薄膜在聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）薄膜表面用光硬化性樹脂（光聚合物）規(guī)則地形成高約200nm、底面直徑約100nm的微小圓錐狀突起。由于構(gòu)造與飛蛾的眼睛相似，因此稱為蛾眼（圖1）。
圖1：蛾眼薄膜的效果
（a）為有無蛾眼的樣品比較。左側(cè)樣品有周圍光的反射，而有蛾眼的右側(cè)樣品則幾乎沒有反射；（b）為蛾眼薄膜表面的電子顯微鏡照片。排列有小的突起。
突起使光學(xué)界面模糊
一般說來，動(dòng)物的眼睛都容易反射光。貓的眼睛之所以會(huì)在黑暗環(huán)境中發(fā)光，就是因?yàn)楣饩奂谘鄣追瓷淞顺鋈?。但飛蛾的眼睛不同，它是由數(shù)十μm左右的微細(xì)六角形構(gòu)成的集合體，而且這些六角形的表面還帶有直徑為100n～200nm左右的微細(xì)凹凸，因此不易反射光＊1。夜行性的飛蛾擁有這種“無反射”特點(diǎn)的原因一是為了防止眼底的反射使天敵及獵物發(fā)現(xiàn)自己，二是為了高效聚集夜晚中較少的光線。
＊1 1980年代的研究查明了這一功能和基本原理。
反射被抑制的秘密就隱藏在上述圓錐構(gòu)造中。光的反射通常發(fā)生在折射率不同的物質(zhì)之間的界面上，而如果像蛾眼這樣豎有圓錐狀聚合物，就會(huì)像梯度材料一樣，在其高度中，空氣與光聚合物的比例會(huì)逐漸變化。也就是說，不存在光學(xué)界面，所以不會(huì)發(fā)生反射（圖2）＊2。
＊2 研究表明，從理論上說，用光的波長(zhǎng)除以折射率得到的值大于凹凸的間距時(shí)就會(huì)形成無反射效果。
圖2：蛾眼模具的形成
（a）實(shí)施陽極氧化處理時(shí)，隨著自組織化，鋁表面就會(huì)出現(xiàn)中央帶細(xì)孔的6角形晶胞的排列，從而形成氧化皮膜；（b）通過反復(fù)利用陽極氧化和蝕刻實(shí)施擴(kuò)大孔徑的處理，便可形成接近圓錐形狀的孔。
自然形成的精細(xì)圖案
隨著蛾眼構(gòu)造及其特性被查明，有大量企業(yè)及研究人員展開了將蛾眼構(gòu)造應(yīng)用于工業(yè)產(chǎn)品的技術(shù)開發(fā)＊3。其課題在于如何實(shí)現(xiàn)工業(yè)性量產(chǎn)。
＊3 其實(shí)，三菱麗陽并非一開始就想到要制造蛾眼薄膜，而是在考慮投放低反射膜，打算將其作為主力商品即棱鏡膜的新一代主力商品的過程中，蛾眼薄膜才逐漸浮出水面的。
蛾眼薄膜只要準(zhǔn)備具有微細(xì)凹凸構(gòu)造的模具，并使用向樹脂薄膜等轉(zhuǎn)印的納米壓印技術(shù)即可制造。不過，要想形成nm級(jí)的微細(xì)凹凸構(gòu)造，必須利用電子束來加工。這樣一來，不但需要很長(zhǎng)時(shí)間，而且僅數(shù)mm見方的模具，其價(jià)格也要高達(dá)數(shù)百萬日元，因此很難以工業(yè)方式實(shí)現(xiàn)。另外，在曲面上加工時(shí)也有很大難度＊4。
＊4 盡管還有研究通過利用藍(lán)色激光的干渉曝光法來成型，但凹凸的間距只能減小至300n～350nm左右，無法充分抑制反射。
為了解決這些課題，三菱麗陽研究企劃推進(jìn)部研究員魚津吉弘將目光放在了被稱為自組織化的仿生技術(shù)上。自組織化是指雪的結(jié)晶生長(zhǎng)及心臟的跳動(dòng)等有序的規(guī)則幾何學(xué)形狀或機(jī)理自然形成的現(xiàn)象。
魚津從一開始就打算開發(fā)能夠?qū)?m左右的薄膜實(shí)施量產(chǎn)的大型壓輥模具。“要想低成本地雕出圖案，就必須利用自組織化現(xiàn)象”（魚津）。其實(shí)，魚津過去曾開發(fā)過一種叫做“水蒸汽鑄造法”的自組織化技術(shù)，這種技術(shù)可形成具有蜂窩微細(xì)構(gòu)造的薄膜。因此，他平時(shí)總是在考慮自組織化技術(shù)能夠應(yīng)用之處。
利用已有技術(shù)
魚津與神奈川科學(xué)技術(shù)研究院教授益田秀樹等共同開發(fā)了利用經(jīng)陽極氧化而成的鋁納米孔陣列來制造模具的技術(shù)。鋁納米孔陣列是指向浸在稀硝酸及草酸等電解液中的鋁（陽極）和碳棒（陰極）流過電流時(shí)鋁表面上形成的氧化皮膜。該皮膜是一層由6角形的氧化鋁（Alumina）晶胞排列而成的薄膜，各晶胞的中央有細(xì)孔（納米孔）（圖2）。晶胞的大小可通過改變電壓等手段控制在20n～200nm之間。
陽極氧化之前曾廣泛應(yīng)用于鋁門窗框的表面硬化處理等用途。不過，形成的細(xì)孔當(dāng)時(shí)并未引起重視。而益田等開發(fā)的方法，其特點(diǎn)就在于將這些細(xì)孔用作了鑄造模具。
陽極氧化所形成的細(xì)孔如不加干預(yù)的話，只會(huì)形成長(zhǎng)孔。因此，通過蝕刻擴(kuò)大了這些細(xì)孔。然后再經(jīng)過陽極氧化處理使孔的尖端析出拌有細(xì)孔的氧化鋁。通過反復(fù)實(shí)施這一操作，便可形成圓錐狀的孔，成為制造蛾眼薄膜的壓輥模具（圖3）。
圖3：蛾眼薄膜使用的模具
（a）為壓輥模具；（b）模具表面排列著經(jīng)陽極氧化形成的圓錐狀的孔。
允許存在些許不完善之處
作為自然現(xiàn)象的自組織化無需高溫及高壓等特殊條件，因此是一種高效、節(jié)能的制造技術(shù)。
不過，利用自組織化的構(gòu)造來成型，其規(guī)則性多少會(huì)存在不完善之處。不過，即便存在些許不完善的部分，動(dòng)植物擁有的微細(xì)構(gòu)造也會(huì)充分發(fā)揮功能。蛾眼薄膜也是如此，雖然構(gòu)造上還存在不完善之處，比如局部突起排列不齊等，但對(duì)整體特性幾乎沒有影響?？梢哉f，正是對(duì)大自然創(chuàng)造的自組織化加以工業(yè)化利用，才獲得了不反光的蛾眼薄膜。（源自：《日經(jīng)電子》）
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