Scalable fabrication of biomimetic hierarchical arrays for retroreflection coatings

研究團隊研發一門高再現性且低成本之自組裝技術，以製備階層式仿生陣列製備迴歸反射塗佈材料，其設計靈感源於蠅眼規則排列之奈/微米結構，於製程中，以Langmuir-Blodgett自組裝技術及對流自組裝技術備製緊密堆積之奈米尺寸膠體晶體於微米尺寸玻璃球，並期此仿蠅眼結構可使反射光線從入射光線的反方向，向光源反射，並其反射光可呈特定波長之顏色。研究使用不同二氧化矽單體/乙醇之體積分率以製備不同厚度二氧化矽膠體晶體階層式迴歸反射材料，研究證實其繞射光強度與塗佈晶體厚度呈正相關性。最後，研究使用不同尺寸之二氧化矽膠體粒子塗佈於玻璃珠塗佈反光材料以製備階層式仿生陣列迴歸反射塗佈材料，可繞射不同顏色之繞射光。Our research group reports a simple bottom-up self-assembly technology for fabricating retroreflection coatings with hierarchical micro-/nano-structures, which are inspired by fly-eye structure. Binary colloidal arrays consisting of glass microbeads and silica nanoparticles are assembled by a scalable Langmuir-Blodgett (LB) technology and convective self-assembly technology in a layer-by-layer manner. The self-assembled hierarchical structures exhibit specific colors caused by Bragg diffraction from the crystalline lattice of silica colloidal crystals on glass microbeads. This research also has demonstrated the resultant coatings are capable to reflect light back in the same direction as the light source, further more, different silica particle sizes are capable to reflect different colors light back. This research trys different silica/ethanol volume fractions to fabricate different colloidal crystals thickness of biomimetic hierarchical arrays for retroreflection coatings, proving that the intensity of diffraction light is positive correlation to its thickness.中文摘要 i Abstract ii 目錄 iii 圖目錄 v 示意圖目錄 ix 第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 研究動機 2 1.3 研究目的與方法 3 1.4 研究架構與流程 4 第二章 文獻回顧 8 2.1 二氧化矽粒子合成 8 2.2 光子晶體相關文獻 11 2.2.1 由上至下製程 (Top-Down Fabrications) 12 2.2.2 由下至上製程 (Bottom-Up Fabrications) 19 2.3 迴歸反射相關文獻 26 第三章 實驗 28 3.1 實驗儀器設備 28 3.2 實驗藥品 29 3.3 實驗步驟 32 第四章 實驗結果與討論 35 4.1 朗繆爾-布勞傑特自組裝技術與對流自組裝技術 35 4.1.1 朗繆爾-布勞傑特自組裝技術 35 4.1.2 對流自組裝技術 40 4.2 階層式奈/微米結構迴歸反射材料之製備及技術 43 4.2.1 朗繆爾-布勞傑特自組裝階層式奈/微米結構迴歸反射材料 43 4.2.2 對流自組裝階層式奈/微米結構迴歸反射材料 47 4.3 膠體晶體層數於階層式奈/微米結構迴歸反射材料之影響 52 4.3.1 朗繆爾-布勞傑特自組裝技術塗佈不同膠體晶體層數階層式奈/微米結構迴歸反射材料及其光學性質分析 53 4.3.2 對流自組裝技術塗佈不同膠體晶體層數階層式奈/微米結構迴歸反射材料及其光學性質分析 57 4.4 膠體粒子粒徑於階層式奈/微米結構迴歸反射材料之影響 72 4.4.1 膠體晶體塗佈階層式奈/微米結構迴歸反射材料結構分析 72 4.4.2 階層式奈/微米結構迴歸反射材料圖像及光學性質分析 (210奈米二氧化矽膠體粒子) 73 4.4.3 階層式奈/微米結構迴歸反射材料圖像及光學性質分析 (300奈米二氧化矽膠體粒子) 75 第五章 結論 79 第六章 參考文獻 8