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纳米仿生研究发现:某些昆虫的复眼角膜和翅膀表面的渐变型纳米突起阵列结构具有优越的宽谱广角抗反射和超疏水自清洁功能。目前，反应离子束刻蚀等各种技术已被成功开发用于无机半导体表面纳米针锥阵列结构的制备，但该技术需要大型的仪器设备、加工成本高，批量制备能力不足，而且也不适合聚合物表面纳米加工。基于模板的纳米压印技术是实现聚合物表面纳米结构低成本、大面积加工的有效方法之一。因此，如何简单有效地得到结构参数可控的模板并进一步对聚合物表面仿生纳米突起阵列结构进行精确调控就成为亟需解决的难题。本论文正是在此背景下开展新型锥孔氧化铝模板形成机制研究、模板周期和轮廓简易快速调制方法研究、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)仿蛾眼纳米结构研制及性能优化、抗反射自清洁双功能乙烯-四氟乙烯(ETFE)膜的研制，这些结果为深入理解自然进化的奥秘，以及开发实用化聚合物宽谱广角抗反射纳米膜提供了可能。具体研究内容如下:
1.锥孔阳极氧化铝形成机制研究。以间距100nm的氧化铝模板为例，系统研究了电化学反应参数，如阳极氧化时间，腐蚀时间和循环处理次数对锥孔的生长及形貌的影响规律。研究表明:合适的腐蚀时间对孔径从上到下逐渐减小起关键调节作用，而对锥孔的纵向生长几乎没有影响;相同的氧化条件保证了孔沿孔轴线方向垂直生长;孔道的轮廓是由氧化、腐蚀扩孔、和循环次数的协同组合来实现的。这些研究结果对进一步精确调控三维渐变孔轮廓奠定了基础。
2.首次提出自有序渐变型氧化铝模板周期和轮廓定制的实用化技术。该技术包含两个关键步骤:1）基于高强度阳极氧化和化学腐蚀的铝箔表面预图案;2）基于多步循环温和阳极氧化和化学腐蚀的渐变孔原位定制。纳米孔的轮廓可任意设计并定制成线性锥、环形镶嵌锥、漏斗状、铅笔状、抛物线状和喇叭状。此外，通过简单调控电解质的组成和相匹配的自有序阳极氧化电压可实现孔周期在70-370nm范围内的调制。该研究结果为聚合物表面宽谱广角抗反射纳米仿生膜的研制及结构-性能调控规律的揭示提供了可能。
3.PMMA仿蛾眼纳米结构制备及宽谱广角抗反射性能研究。基于自主研发的三维渐变孔模板，利用热压印在PMMA表面印制同质的仿蛾眼纳米结构，系统研究了突起周期、高度对抗反射性能的调控规律。与周期为100nm和300nm的样品相比，200nm的样品在可见光范围内具有最低的平均全反射率，透射性能最优。增加纳米突起的高度（h）可在更宽波长范围内有效抑制反射，如纵横比(AR)=0.8时，在900-2400nm波长范围内的平均反射率为2.6％，当AR=3.6时则降至0.32％。相关研究成果有助于开发新型高透高雾度LED灯扩散板，面向柔性太阳能电池应用的宽谱广角零反射膜和屏保用彩色抗眩光膜等。
4.ETFE仿蛾眼结构制备及抗反射超疏水性能研究。基于自主研发的锥孔模板和热压印技术，在ETFE表面印制同种材质的类蛾眼纳米乳突阵列结构，系统研究了突起高度与减反性能和疏水性能的关系。发现水滴的接触角随突起高度的增加而增大，但当突起达到临界高度时由于稳定性变差，接触角反而变小;AR=4的样品具有最优超疏水性能。相关结果有助于指导设计开发新型抗反射自清洁多功能膜。