一種具有毫微納三級結構復眼透鏡的制造方法
【專利摘要】一種具有毫微納三級結構復眼透鏡的制造方法，先制得具有PMMA薄膜的第一樣片，在第一樣片上制得具有納米結構的第二樣片，使用PDMS澆灌第二樣片，制得具有納米結構的第一反模具；然后制得用于激光加工的第三樣片，在第三樣片表面涂覆一層能紫外固化且固化后具有柔韌性的膠材料，使用第一反模具將納米結構壓印到膠材料上，制得具有納米結構且可用于激光加工的第四樣片，使用激光加工第四樣片，制得具有納米+微米復眼透鏡陣列的第五樣片，將PDMS旋涂在第五樣片上，制得具有微納復合結構的第二反模具，最后使用第二反模具，實現納米+微米復眼透鏡陣列的二次曲面化，本發(fā)明實現了毫微納三級結構復眼透鏡的制造，制造效率和結構完整性高。
【專利說明】
一種具有毫微納三級結構復眼透鏡的制造方法
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于微納制造及激光加工技術領域，具體涉及一種具有毫微納三級結構復眼透鏡的制造方法。
【背景技術】
[0002]在微納光學元件的設計與制造中，自然界給予人類很多重要的啟示，復眼透鏡就是從昆蟲復眼獲得靈感的典型例子，昆蟲復眼獨特的微觀結構賦予了其卓越的光學性能。首先，排列緊密、方向位置各異的小眼同時成像，使得復眼具有超大的視角和超高的動態(tài)響應能力;其次，小眼表面的納米結構充當了空氣與小眼界面的抗反射功能層，在寬頻帶內有效降低了入射光的反射率，使復眼具有超強的微弱光信號感知能力;再次，昆蟲復眼的微納多級結構使其具有了優(yōu)異的超疏水性能、防霧和抗粘附特性，這種自清潔表面有利于使復眼成像系統(tǒng)在復雜環(huán)境(如潮濕環(huán)境等)中保持優(yōu)異的成像性能。
[0003]根據昆蟲復眼的結構可知，一個理想的復眼透鏡實際上是包含毫米、微米和納米結構在內的三維復雜結構，因此，要實現具有上述高性能的復眼透鏡的制造，就必須解決毫微納三級跨尺度結構制造的難題，在曲面上形成規(guī)則可控的跨尺度三級結構。目前，復眼透鏡多級結構制造都具有“先制造初級結構(大透鏡)，進而在初級結構曲面上制造次級結構(小透鏡或納米結構)，，的特點。但是，由于次級結構數目多，且制造工藝對目標平面的平整度要求較高，使得現有跨尺度復眼透鏡制造技術飽受效率和結構特征完整性的困擾。并且所制得的復眼透鏡最多只有兩級結構，具有毫微納三級結構的復眼透鏡還沒有被成功制造的先例。

【發(fā)明內容】

[0004]為了克服上述現有技術的缺點，本發(fā)明的目的是提供一種具有毫微納三級結構復眼透鏡的制造方法，完整繼承昆蟲復眼的卓越性能，制造效率高。
[0005]為了實現上述目的，本發(fā)明采取如下技術解決方案:
[0006]一種具有毫微納三級結構復眼透鏡的制造方法，包括以下步驟:
[0007]I)使用PMMA甲苯溶液于第一玻璃基底上制得具有PMMA薄膜的第一樣片；
[0008]2)使用多孔氧化鋁作為模具，利用納米壓印技術在第一樣片上制得具有納米結構的第二樣片；
[0009]3)使用PDMS澆灌第二樣片，制得具有納米結構的第一反模具；
[0010]4)在第二玻璃基底上涂覆一層激光膨脹材料，制得用于激光加工的第三樣片；
[0011]5)在第三樣片表面涂覆一層能紫外固化且固化后具有柔韌性的膠材料，使用第一反模具將納米結構壓印到膠材料上，制得具有納米結構且可用于激光加工的第四樣片；
[0012]6)使用激光加工第四樣片，使膨脹層產生微米級透鏡狀凸起，帶動納米結構的膠材料發(fā)生形變，實現納米結構的三維曲面化，制得具有納米+微米復眼透鏡陣列的第五樣片；
[0013]7)將PDMS旋涂在第五樣片上，制得具有微納復合結構的第二反模具；
[0014]8)使用第二反模具，利用氣壓輔助成形技術實現納米+微米復眼透鏡陣列的二次曲面化，制造毫米級尺度的透鏡，實現毫微納三級結構復眼透鏡的制造。
[0015]本發(fā)明的有益效果為:
[0016]采用“先制造次級結構，再形成初級結構”的方法，利用納米壓印、激光光致膨脹和氣壓輔助成形等工藝手段，實現了毫微納三級結構復眼透鏡的制造，完整獲得昆蟲復眼的卓越性能。由于采用平面工藝制造相對難加工、且數目眾多的次級結構，再通過結構基體的整體變形實現次級結構的三維曲面化，回避了傳統(tǒng)多級結構制造方法(先制造初級結構，進而在初級結構曲面上制造次級結構)存在的效率和結構特征完整性的問題，制造效率和結構完整性尚。
【附圖說明】
[0017]圖1為制備納米結構的壓印示意圖。
[0018]圖2為實施例制備第二樣片4的納米結構電鏡圖。
[0019]圖3為在激光膨脹層上制備納米結構的壓印示意圖。
[0020]圖4為制備微納復合結構的激光加工示意圖。
[0021 ]圖5為實施例制備第五樣片10的微納復合結構電鏡圖。
[0022]圖6為制備毫微納三級結構的氣壓成形示意圖。
[0023]圖7為實施例制備復眼透鏡的毫微納三級結構電鏡圖。
[0024]圖8為圖7中A部分的放大電鏡圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明做詳細描述。
[0026]一種具有毫微納三級結構復眼透鏡的制造方法，包括以下步驟:
[0027]I)使用0.15ml質量分數為20%的PMMA甲苯溶液涂覆尺寸為2cm*2cm的第一玻璃基底，于常溫下自然揮發(fā)8h，制得表面覆蓋有厚度約為150μπι的PMMA薄膜的第一樣片I;
[0028]2)參照圖1，使用孔徑為200nm、孔深為5μπι的多孔氧化鋁模具2，于第一樣片I上經由納米壓印工藝，烘箱3溫度設定為80°C，壓印力為750KPa，壓印時間為lh，于室溫下自然冷卻后脫去多孔氧化鋁模具即獲得具有納米結構的第二樣片4，第二樣片4的納米結構如圖2所示；
[0029]3)使用PDMS澆灌第二樣片4，制得具有納米結構的第一反模具5;
[0030]4)于第二玻璃基底上涂覆甲基紅PMMA溶液，烘箱3溫度設定為35°C，使甲基紅PMMA溶液在恒溫下?lián)]發(fā)2h，制得用于激光加工的第三樣片6;
[0031]5)參照圖3，將N0A65紫外固化膠滴于第三樣片6表面，將第一反模具5以80KPa壓印力壓在膠材料上，使用功率為350mw的紫外曝光機曝光15min，脫去第一反模具5，制得具有納米結構且可用于激光加工的第四樣片7;
[0032]6)參照圖4，將第四樣片7安裝于三維工作臺9上，搭建激光加工光路，使皮秒激光器發(fā)射出的激光經焦距為10mm的聚焦透鏡8后垂直照射在第四樣片7上，設定皮秒激光器重復頻率為1KHz，功率為8mW，單點作用時間為0.5s，打點周期為10ym，制造數目為100*100的點陣列，制得具有納米+微米復眼透鏡陣列的第五樣片10，第五樣片10微納復合結構如圖5所示；
[0033]7)將TOMS旋涂在第五樣片10上，旋涂速度為600rad/s，旋涂時間為20s，制得厚度為300μπι的具有微納復合結構的第二反模具11;
[0034]8)參照圖6，將第二反模具11固定在孔徑為5mm的可以抽真空的圓形空腔12上，抽真空至負壓為-0.7MPa，使TOMS薄膜變形成為一個曲面，將N0A72紫外固化膠澆注在PDMS曲面上，壓上第三玻璃基底，然后用功率為350mW的紫外曝光機曝光5min，脫模得到具有毫微納三級結構的復眼透鏡，復眼透鏡的毫微納三級結構如圖7、圖8所示，圖8為圖7中A部分的放大電鏡圖。
【主權項】
1.一種具有毫微納三級結構復眼透鏡的制造方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)使用PMMA甲苯溶液于第一玻璃基底上制得具有PMMA薄膜的第一樣片； 2)使用多孔氧化鋁作為模具，利用納米壓印技術在第一樣片上制得具有納米結構的第二樣片； 3)使用PDMS澆灌第二樣片，制得具有納米結構的第一反模具； 4)在第二玻璃基底上涂覆一層激光膨脹材料，制得用于激光加工的第三樣片； 5)在第三樣片表面涂覆一層能紫外固化且固化后具有柔韌性的膠材料，使用第一反模具將納米結構壓印到膠材料上，制得具有納米結構且可用于激光加工的第四樣片； 6)使用激光加工第四樣片，使膨脹層產生微米級透鏡狀凸起，帶動納米結構的膠材料發(fā)生形變，實現納米結構的三維曲面化，制得具有納米+微米復眼透鏡陣列的第五樣片； 7)將PDMS旋涂在第五樣片上，制得具有微納復合結構的第二反模具； 8)使用第二反模具，利用氣壓輔助成形技術實現納米+微米復眼透鏡陣列的二次曲面化，制造毫米級尺度的透鏡，實現毫微納三級結構復眼透鏡的制造。2.根據權利要求1所述的一種具有毫微納三級結構復眼透鏡的制造方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)使用0.15ml質量分數為20%的PMMA甲苯溶液涂覆尺寸為2cm*2cm的第一玻璃基底，于常溫下自然揮發(fā)Sh，制得表面覆蓋有厚度約為150μπι的PMMA薄膜的第一樣片(I); 2)使用孔徑為200nm、孔深為5μπι的多孔氧化鋁模具2，于第一樣片(I)上經由納米壓印工藝，烘箱3溫度設定為80°C，壓印力為750KPa，壓印時間為lh，于室溫下自然冷卻后脫去多孔氧化鋁模具即獲得具有納米結構的第二樣片(4); 3)使用PDMS澆灌第二樣片(4)，制得具有納米結構的第一反模具(5); 4)于第二玻璃基底上涂覆甲基紅PMMA溶液，烘箱(3)溫度設定為35°C，使甲基紅PMMA溶液在恒溫下?lián)]發(fā)2h，制得用于激光加工的第三樣片(6); 5)將NOA65紫外固化膠滴于第三樣片(6)表面，將第一反模具(5)以80KPa壓印力壓在膠材料上，使用功率為350mw的紫外曝光機曝光15min，脫去第一反模具(5)，制得具有納米結構且可用于激光加工的第四樣片(7); 6)將第四樣片(7)安裝于三維工作臺(9)上，搭建激光加工光路，使皮秒激光器發(fā)射出的激光經焦距為10mm的聚焦透鏡(8)后垂直照射在第四樣片(7)上，設定皮秒激光器重復頻率為I OKHz，功率為8mW，單點作用時間為0.5s，打點周期為I OOym，制造數目為100*100的點陣列，制得具有納米+微米復眼透鏡陣列的第五樣片(10); 7)將PDMS旋涂在第五樣片(10)上，旋涂速度為600rad/s，旋涂時間為20s，制得厚度為300μπι的具有微納復合結構的第二反模具(11); 8)將第二反模具(11)固定在孔徑為5mm的可以抽真空的圓形空腔(12)上，抽真空至負壓為-0.7MPa，使PDMS薄膜變形成為一個曲面，將NOA72紫外固化膠澆注在PDMS曲面上，壓上第三玻璃基底，然后用功率為350mW的紫外曝光機曝光5min，脫模得到具有毫微納三級結構的復眼透鏡。
【文檔編號】G02B3/00GK105911620SQ201610422518
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年6月14日
【發(fā)明人】王文君, 梅雪松, 孫學峰, 楊顯彬, 潘愛飛, 趙萬芹
【申請人】西安交通大學