楊申語Yang, Sen-Yeu臺灣大學:機械工程學研究所鄧偉志Deng, Wei-ChihWei-ChihDeng2010-06-302018-06-282010-06-302018-06-282009U0001-2707200920144900http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/187093本研究結合陽極氧化鋁模具製作及氣體輔助成型之技術，將陽極氧化鋁上的結構複製於PC塑膠薄膜上。陽極氧化鋁製作方式簡單、便宜；氣體輔助成型製程利用氣體等向、等壓的物理特性，可達到均勻分佈壓力。 本研究以40V與80V之外加電壓製作陽極氧化鋁模具，獲得間距為80nm和170nm 之奈米孔洞，而孔洞大小(10nm~100nm)可藉由擴孔時間或擴孔溫度來決定。使用氣體輔助壓印製程，調整塑膠材料於不同溫度及壓力下，控制塑膠均勻地充填進入模具孔洞，成功製造具有奈米結構於塑膠元件，其高度(50nm~570nm)亦可調整參數控制。 本實驗結果顯示，具有次微米結構其反射率明顯改善，氣體壓力為25kg/cm2、溫度為150℃，其複製之結構高度約為350nm在波長範圍為400nm~600nm時其反射率為3.16%。利用陽極氧化鋁當作PDMS翻製的模具，使PDMS於表面具有凸出的奈米結構，接觸角由114°增加至145°，具有表面疏水之效果。 結果證實，利用氣體輔助熱壓成型技術與陽極氧化鋁模具來製作抗反射元件是可行的。另外，次微米結構之高度可藉由製程參數來控制，獲得最佳的抗反射效果。This paper reports the development of a gas-assisted hot embossing process using anodic aluminum oxide templates for fabricating nano-holes structures on polycarbonate (PC) film. In the gas-assisted hot embossing process, N¬2 is used as the pressing medium. The distribution of gas pressure is uniform, the process is advantageous to large-area imprint. The Si and glass-based materials can be used as embossing mold. The fabrication of AAO template is easy. In this thesis, the alumina membranes with 80nm and 170nm pitches were fabricated via a two-step anodization, employing 0.1 M oxalic acid as an electrolyte with an anodization voltage of 40 V and 80V. The pore diameter(10nm~100nm) can be controlled by adjusting time and temperature of pore enlargement. By using gas-assisted hot embossing process, the nanostructures can be uniformly fabricated onto the surface of polymer substrates. The filling height of nanostructure can be controlled by controlling the temperature and pressure. The results show that the reflection rate is significantly affected by height of submicron structures. The reflection rate of average 3.16% in the wavelength range from 400 to 600nm is the lowest. In this situation, the height is 350nm, which is fabricated under the processing parameter of 25kg/cm2 gas pressure and 150℃ temperature. The contact angle of PDMS mold, replicated from AAO template, is increased from 114°to 145°The results prove that the gas-assisted hot embossing process with AAO templates is a practicable method to fabricate submicron structures for AR applications in the visible spectral range. In addition, the submicron structures height with the best anti-reflection performance can be obtained by controlling the processing parameter.致謝 I要 IIbstract III錄 IV目錄 VII目錄 VIII一章 導 論 1.1 前言 1.2 陽極氧化鋁(AAO)之發展 1.3 次波長結構抗反射膜片發展現況 2.4 傳統微熱壓成型 4.5 傳統微熱壓的問題 5.6 流體微熱壓成型 5.7 具體研究方向與目標 6.8 論文架構 7二章 文獻回顧 18.1塑膠為熱壓成型文獻 18.2奈米壓印技術文獻 20.3 複製塑膠奈米元件 21.4 抗反射層之製作及應用 23.5 奈米結構應用於表面能改質 24.6 陽極氧化鋁(AAO)發展之相關文獻 25.7 AAO奈米孔洞結構製作 28.8 綜合歸納 30三章 實驗設置與實驗方法 35.1 實驗目的及整體流程規劃 35.2 製作陽極氧化鋁奈米結構之流程與設備 35.2.1 陽極氧化製程之原料 35.2.2 陽極氧化電解槽與低溫循環系統 35.2.3 壓克力箱 36.2.4 加溫磁石攪拌器 36.2.5 直流電壓供應器 36.3 陽極氧化鋁之製作流程 36.4 氣體輔助熱壓製程 38.4.1 氣體壓印設備 38.4.2 壓印製程步驟 39.5 PDMS軟式模具之製備 40.5.1 PDMS材料介紹 40.5.2 PDMS翻模之流程 40.6 量測設備 42.6.1場發射電子顯微鏡(FE-SEM) 42.6.2光譜儀 43四章 陽極氧化鋁模具製作及複製技術 52.1陽極氧化鋁製作 52.1.1試片準備 52.1.2陽極氧化鋁奈米結構之製作 53.1.3不同鋁片純度對於陽極氧化鋁製作之影響 54.1.4 以不同外加電壓製作陽極氧化鋁 55.2氣體輔助熱壓複製奈米結構 57.2.1製程目的 57.2.2製程原理 57.2.3 製程用氣體 59.2.4氣密膜 60.3氣體輔助熱壓之製程參數探討 60.3.1 溫度對於成型結果之影響 61.3.2 壓力對於成型結果之影響 62.3.3製程問題探討 - 脫膜問題 63.4本章結論 64五章 陽極氧化鋁奈米結構模具複製之應用 81.1 抗反射光學元件製作 81.1.1抗反射層製作方法 81.1.2 不同間距奈米結構對於抗反射率之影響 83.1.3 奈米結構高度對於抗反射率之影響 84.2 疏水性結構之應用 85.2.1 表面自由能 85.2.2接觸角量測 86.3本章結論 87六章 結論與未來研究方向 100.1結論 100.2未來研究方向 102考文獻 103錄A 鋁材證明書 108錄B 作者簡歷 1098979148 bytesapplication/pdfen-US陽極氧化鋁(AAO)氣體輔助熱壓抗反射層Anodic Aluminum OxideGas-Assisted Hot Embossinganti-reflectivethesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/187093/1/ntu-98-R96522729-1.pdf