论文标题：A Transparent Photoresist Made of Titanium Dioxide Nanoparticle-Embedded Acrylic Resin with a Tunable Refractive Index for UV-Imprint Lithography

期刊：Engineering

DOI：https://doi.org/10.1016/j.eng.2023.12.014

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由北京化工大学有机无机复合材料全国重点实验室、教育部超重力工程研究中心联合京东方科技集团股份有限公司组成的研究团队在中国工程院院刊《Engineering》发表了题为“A Transparent Photoresist Made of Titanium Dioxide Nanoparticle-Embedded Acrylic Resin with a Tunable Refractive Index for UV-Imprint Lithography”（折射率可调的紫外线压印用透明纳米复合光刻胶）的研究论文，北京化工大学刘莹璐为论文第一作者，王丹教授和陈建峰教授为共同通讯作者。文章报道了一种折射率高度可调谐的透明有机无机复合光学胶材料，该新型光学胶材料可以很好的适配紫外光压印工艺，易于实现光学微结构元件的精密加工。

液晶显示器（LCD）作为目前最广泛使用的平板显示技术之一，其核心部件导光板（LGP）的性能直接影响显示效果。为了实现高分辨率、高亮度和高对比度的显示效果，光学材料需要在纳米到微米尺度上实现成分和结构的创新，从而灵活调控光的传输特性。光学透明胶（OCA）作为一种特殊黏合材料，因其高可见光透过率、良好的黏合强度以及固化收缩率小等特点，在光学领域具有重要应用。而紫外光压印技术因其高效、环保、复制精度高等优势，成为制备微纳光电器件的重要手段。

研究团队通过溶胶-凝胶法合成了硅烷偶联剂包覆的纳米TiO₂粒子，并将其与丙烯酸树脂复合，制备出了一种高折射率的透明光刻胶。实验结果显示，该复合膜在经过紫外光固化后，折射率在589纳米波长下高达1.67，同时在可见光区保持了98%以上的高透光率和小于0.05%的低雾度。这种光刻胶不仅具有优异的光学性能，还能够在室温下进行加工，避免了因温度变化导致的材料变形问题，大大提高了压印效率。

图1 （a）TiO₂分散体合成过程的示意图；纯TiO₂、TS10、TS20和TS30的动态光散射仪（DLS）结果（b）以及傅里叶变换红外光谱（FTIR）表征（c）。

在实验过程中，研究人员通过调整TiO₂粒子的含量，精确调控了复合材料的折射率。当TiO₂质量分数为30%时，复合膜的折射率达到最高值1.67，而纯丙烯酸树脂的折射率仅为1.53。此外，该复合材料在60摄氏度下加热24小时后，透光率仍保持在98%以上，显示出良好的热稳定性和光学性能。通过紫外光压印技术，研究人员成功将微结构图案转印至基底上，条纹间距为20微米，图案中的元素分布均匀，纳米粒子在复合树脂中无聚集现象，表明TiO₂在树脂中的分散性良好。

该研究还通过实验验证了这种复合材料在导光板中的应用潜力。实验中，研究人员将微结构压印至聚碳酸酯（PC）塑料板上，模拟导光板的光学性能。结果显示，含有微结构的导光板能够将侧面入射的光线有效地引导至上表面，显著提高了光能利用率。相比之下，没有微结构的导光板无法实现这一效果。这一结果表明，该纳米复合光刻胶在光学微结构的精密加工方面具有广阔的应用前景，有望为显示设备的节能和性能提升提供新的解决方案。

图2 （a）复合环氧丙烯酸酯（EA）树脂的制备工艺及涂膜过程示意图；（b）复合EA薄膜的数码照片和扫描电子显微镜（SEM）厚度图片；本方法制备的复合EA薄膜的2D（c）和3D（d）原子力显微镜（AFM）图像。

该研究得到了国家自然科学基金项目的资助，其成果不仅为纳米复合材料在光学领域的应用提供了重要的理论依据，也为未来显示技术的发展奠定了坚实的基础。随着这种高性能纳米复合光刻胶的进一步开发和应用，有望为人们的日常生活带来更多有关精准医疗、健康照明等新的显示产品，并不断提高人们的健康水平。

论文信息：

Yinglu Liu, Dan Wang, Changlin Liu, Qianqian Hao, Jian Li, Jie-Xin Wang, Xiuyun Chen, Peng Zhong, Xibin Shao, Jian-Feng Chen. A Transparent Photoresist Made of Titanium Dioxide Nanoparticle-Embedded Acrylic Resin with a Tunable Refractive Index for UV-Imprint Lithography. Engineering, 2024, 37(6): 106–114

开放获取：

https://doi.org/10.1016/j.eng.2023.12.014

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