图案化表面广泛存在于自然界,由于图案化表面不仅具备一定的美学价值,同时还会带来一些如超疏水、自清洁、控制粘附、光学增透、光学扩散、降低阻力、吸收红外线等特殊功能,故而如何构筑仿生图案化表面在最近几十年里引起了人们的广泛关注。目前,表面图案化技术主要分为两大类:自上而下和自下而上表面图案化技术。其中前者包括激光刻蚀、化学刻蚀、光刻、平板印刷和压印等技术,这些技术近些年来得到了长足的发展并且已经得到工业化应用,工艺成熟稳定,重复性好,但是制备程序复杂,生产设备造价高昂,大面积制备较为困难;后者主要包括分子自组装、界面自组织技术,这类技术类似于生物界图案化表面制备技术,可以大面积制备,程序简单,甚至可以一步完成,但是图案化表面整体缺陷较多,目前还处于实验室研究发展阶段。所以,开发一种简单有效、可以大面积制备、成本低廉的表面图案化技术仍是一个有意义的挑战。本文结合表面自组装、相分离、紫外光固化技术和界面自组织技术,提出一类简单有效、可大面积制备图案化表面的方法,根据该方法,可以实现紫外(UV)固化涂层在形成过程中自发产生微-纳图案化表面。同时,我们制备出具有不同形貌和尺寸的自图案化光固化涂层,研究了图案化赋予光固化涂层在疏水、光学等方面的特殊性能,并考察了这种自图案化涂层在led和太阳能电池封装领域的潜在应用。具体研究内容及结果如下:一、利用氟碳链化合物界面自组装行为和光聚合技术,初步实现光固化涂层表面的自褶皱图案化:将含巯基和氟碳侧链的笼状聚倍半硅氧烷f2-poss-sh6引入到多官能度丙烯酸酯光固化涂层,由于氟碳链的低表面能和相分离特性,使得f2-poss-sh6分子自动迁移到液体涂层和空气相邻的界面,自组装形成一个自上而下的梯度氟化f2-poss-sh6表层,和底层丙烯酸酯组成一种特殊的双层结构涂层。当丙烯酸酯液体涂层在紫外光下进行光聚合交联固化时,f2-poss-sh6自组装表层与丙烯酸酯单体发生硫-烯点击交联反应,底层发生的则是普通自由基聚合交联反应。由于普通自由基交联聚合反应产生的体积收缩要比硫-烯点击交联聚合反应产生的体积收缩大许多,同时硫-烯点击反应的速率要大于普通自由基聚合的速率,这就导致了上下体积收缩的差异性,从而使f2-poss-sh6交联表层内部产生了差异性收缩应力。当收缩应力超过f2-poss-sh6交联表层的屈服极限时,f2-poss-sh6交联表层就会通过自组织形变形成微纳米尺寸的褶皱图案来松弛过多的收缩应力,从而使薄膜体系达到稳态。我们揭示了f2-poss-sh6/丙烯酸酯这种特殊双层丙烯酸酯涂层在光固化过程中自发形成微纳米褶皱图案的机理,并且根据不同体系的不同的物理性质,成功制备出具有不同形貌的微纳米褶皱光固化涂层。此外,还考察了这种自褶皱图案对光固化涂层疏水性能的影响。二、将含有氟碳链的聚合物加入到多官能度丙烯酸酯单体光固化涂层中,制备出具有亚微米尺寸的自褶皱图案。由于氟碳支链的低表面能,氟化共聚物会自动富集到单体涂层表面进行自组装形成氟化共聚物自组装表层,大大降低了表层双键的浓度。当这种复合丙烯酸酯单体涂层进行紫外曝光固化时,上层由于固含量高先形成一层氟化聚合物硬层进而束缚下层单体反应产生的体积收缩,当收缩大到一定程度时,上层的氟化聚合物硬层会屈服形成亚微米级的图案来松弛掉收缩应力。我们通过控制氟化聚合物含量、曝光时间、氟化聚合物的结构以及丙烯酸酯单体的结构,详细地研究了氟化聚合物/丙烯酸酯光固化涂层表面图案形成机理。此外,还通过氩离子轰击破坏性试验,考察了这种自图案化光固化涂层疏水性的自修复性能。在上述“氟化聚合物表面自组装/光固化涂层界面自组织”微图案化技术理论研究的基础之上,制备出具有不同形貌和尺寸的图案化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(tmpta)光固化涂层。利用紫外-可见分光光度计,研究了图案化对光固化涂层透过率和反射率的影响,结果表明,表面的微图案化增加了光固化薄膜的光学透过率,同时降低了表面的光反射率。采用这种自图案化光固化涂层封装商业硅薄膜太阳能电池,结果显示,这种自组织图案化光固化封装涂层能够提高电池的光电转化效率。三、结合氟化聚合物表面自组装和反应性相分离技术,在光固化涂层表面一步法制备微棱镜阵列:结合氟化聚合物表面自组装行为、氟化聚合物垂直相分离特性、多官能度丙烯酸酯单体光交联反应不充分和液态聚合物在固体表面的自组织特性,通过光固化和热处理成功制备出氟化物聚合物微棱镜阵列光固化涂层。通过控制温度、双键的转化率、薄膜的厚度、氟化聚合物的结构和荧光标记等手段详细地研究了自组织微棱镜阵列的形成机理。通过调控热处理温度和光固化涂层的厚度,有效地调控了微棱镜的尺寸和曲率。采用这种自组织微棱镜涂层封装LED集成芯片,研究了其对LED集成芯片的出光效率以及光扩散的增强效果。四、利用液体在表面张力下自组织形成半球曲面结构的原理,结合光固化低温、快速成型的特点,提出LED芯片自组织半球封装工艺:合成了苯乙烯修饰的巯丙基笼状聚倍半硅氧烷(St-POSS-SH)和甲基丙烯酸酯官能化的梯状聚硅氧烷(LPSQ),将两种聚有机硅烷按一定比例复合,制备成基于硫-烯点击交联的紫外光固化有机硅树脂。将复合有机硅树脂微液滴直接粘附到LED芯片表面,通过表面张力作用,复合有机硅树脂在LED芯片表面自组织形成棱镜形貌,进一步通过紫外光照交联,形成LED的自组织棱镜封装。我们考察了自组织形成棱镜的曲率对LED芯片出光效率的影响,结果显示,自半球封装,能够有效提高LED出光效率33.5%。