单壁碳纳米管原始薄膜的厚度测定、抗反射特性及双光子3D光刻应用研究

针对高孔隙率单壁碳纳米管(SWCNT)原始薄膜厚度测量难题，研究人员提出结合金属预镀层与轮廓仪的创新方法，建立厚度与吸光度的线性关系（斜率404 nm），实现快速光学测定。研究发现20-120 nm薄膜的透射率与超低镜面反射（<0.05%），并首次将SWCNT薄膜作为双光子3D光刻基底，为X射线光学等应用开辟新途径。

　　

在纳米材料领域，单壁碳纳米管(SWCNT)薄膜因其独特的导电性、机械强度和光学透明性被誉为"梦幻材料"。然而，这种高孔隙率（孔隙率>90%）的原始薄膜犹如纳米尺度的海绵，传统原子力显微镜(AFM)或椭偏仪在测量其厚度时，探针极易陷入多孔结构，导致数据失真。更棘手的是，薄膜表面粗糙度与模糊的界面使扫描电镜(SEM)也束手无策。这种"看得见却测不准"的困境，严重制约了SWCNT薄膜在透明电极、X射线光学器件等领域的精准应用。

俄罗斯科学院的研究团队另辟蹊径，采用铂金属预镀层加固SWCNT表面，结合机械轮廓仪突破测量瓶颈。就像给松软的雪地铺上硬木板再测量深度，这种方法首次实现了原始SWCNT薄膜厚度的精准测定，相关成果发表于《Optical Materials》。

研究团队运用气溶胶化学气相沉积(CVD)制备SWCNT薄膜，通过铂镀层强化结合Dektak轮廓仪测量厚度，建立厚度与550 nm吸光度的线性校准曲线（404 nm/吸光度单位）。采用紫外-可见分光光度计测定透反射率，并以硅片为参照评估抗反射性能。最后通过飞秒激光双光子聚合在SWCNT基底上实现3D微结构打印。

厚度测量的创新突破
SEM图像显示，25 nm铂镀层能有效强化SWCNT薄膜表面而不显著增加厚度。轮廓仪测得薄膜厚度与吸光度呈严格线性关系，验证了光学测定法的可靠性。120 nm薄膜的透射率仍保持80%以上，而20 nm薄膜的镜面反射率低至0.05%，媲美顶级抗反射涂层。

光学性能的定量解析
厚度在20-120 nm范围内，SWCNT薄膜的透射率符合朗伯-比尔定律。以硅片为衬底时，SWCNT涂层可降低反射率3-5倍，这种"光学隐形"特性源于其多孔结构对光散射的独特调控。

双光子光刻的跨界应用
首次在自由悬浮的SWCNT薄膜上实现双光子3D打印，制备的微结构在X射线波段展现优异稳定性。相比传统SiN_x基底，SWCNT的碳元素组成使其X射线透过率提升20%，为同步辐射实验提供新选择。

这项研究不仅建立了SWCNT薄膜厚度的标准化测量体系，更揭示了其在抗反射涂层和X射线光学器件的应用潜力。特别是将纳米碳材料与双光子光刻技术结合，为开发全碳X射线光学系统（如折射透镜、波带片）奠定基础。未来通过热解处理打印结构，可进一步提升光学元件密度和分辨率，推动纳米光子学与同步辐射技术的协同发展。