一种微透镜阵列的制备方法与流程

1.本发明涉及精密制造及微光学器件制备技术领域，特别是涉及一种微透镜阵列的制备方法。


背景技术：

2.在各种微光学元件中，微透镜及其阵列结构是其中重要的基本元件，微透镜及其阵列结构是由许多均匀排布的微小透镜单元组成，每个透镜单元的尺寸大多数是几十微米到几百微米。
3.随着光学元件的小型化，已经发展出了许多微透镜及其阵列的制造技术。其中包括有模板法，光刻胶熔融法，飞秒激光光刻，酸刻蚀法，离子束刻蚀，灰度掩模法，激光直写技术，热模压印成型法等，其中模板法是目前最常用的方法之一，如公开号为cn 112630872a的“一种三维微透镜阵列的制备方法”专利中，公开了一种制备微透镜的方法。该方法包括：对金属基板进行加工得到三维微透镜阵列的模具；在制备三维微透镜阵列的材料表面制备预设厚度的压印胶，并采用模具对压印胶进行压制固化得到压印胶材质的三维微透镜阵列；采用干法刻蚀对压印胶材质的三维微透镜阵列进行刻蚀直至在制备三维微透镜阵列的材料上得到微透镜阵列。但是同所有模板法一样，该方法不可避免的涉及脱模过程，无法实现原位制备微透镜，严重影响微透镜的精度，并且需要引入大量繁琐的工序。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种微透镜阵列的制备方法，能够实现原位制备微透镜，有效提高微透镜的表面质量和精度。
5.为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
6.一种微透镜阵列的制备方法，包括以下步骤，
7.将润湿性可变材料制备成表面光滑的基底；基底的润湿性可对外界环境变化(如温度、光照等因素)进行响应；
8.将聚合物溶液喷洒在基底上形成多个微液滴；
9.通过外加场对基底上的多个微液滴进行定位使其形成微液滴阵列；
10.改变基底的润湿性，使每个微液滴对基底的接触角变小，进而在基底上形成多个微透镜；
11.固化多个微透镜，形成微透镜阵列。
12.本发明利用了润湿性可变基底改变聚合物微液滴在基底表面的接触角，并通过外加场辅助定位，实现了原位制备微透镜阵列。在润湿性可变材料基底上，微液滴初始具有较大的接触角和较小的滚动角，微液滴可以在外场辅助下进行移动定位。润湿性可变基底表面受到外界刺激后化学成分开始改变，微液滴的接触角逐渐变小，进而形成微透镜的形状，最终固化后形成微透镜。
13.进一步，聚合物溶液的配置方法为，将pdms与固化剂混合后加入乙酸乙酯进行稀
释得到，其中，pdms与固化剂的质量比为10：1，pdms与乙酸乙酯的体积比为1：1。聚合物溶液也可以采用现有技术中其他可以固化的聚合物来配置，比如uv胶水等。
14.进一步，改变基底的润湿性通过以下步骤获得，利用紫外光照射基底以改变基底的润湿性，使基底上的微液滴呈现为微透镜的形状。
15.进一步，紫外光照射时间为2.5
‑
3.5h。
16.进一步，微液滴在基底上初始表现为超疏性。
17.进一步，润湿性可变材料为zno。
18.进一步，外加场为电场或磁场。
19.进一步，固化微透镜的方式为加热固化。
20.进一步，加热温度为90℃，加热时间为1h。
21.进一步，固化微透镜后还包括以下步骤，将微透镜置于无水乙醇中进行超声清洗。
22.总的说来，本发明具有如下优点：
23.运用了润湿性可变基底附加外场辅助的方法制备微透镜阵列。在初始状态时，微液滴在基底表面表现为超疏性，微液滴有较大的接触角和较小的滚动角。在外加场的辅助下，微液滴可以在基底表面快速滚动并且按序排列。随着基底润湿性在外界刺激下开始转变，微液滴的接触角逐渐变小，最终形成微透镜的形状。加热固化后即可形成微透镜阵列。
24.与现有技术相比，本发明利用了基底润湿性可变的特性制备出了微透镜阵列。该方法可以实现原位制备微透镜，避免了主流制备方法中的转模步骤，可以有效提高微透镜的表面质量和精度。同时，根据实际条件，通过改变外加场的分布，可以便捷地制备出不同排布、不同尺寸的微透镜阵列。
附图说明
25.图1为微透镜阵列的制备方法中的喷雾装置示意图。
26.图2为微透镜阵列的制备方法的流程示意图。
27.附图标记说明：
28.1——基底，2——微液滴，3——压电陶瓷致动器，4——微喷嘴。
具体实施方式
29.下面来对本发明做进一步详细的说明。
30.一种微透镜阵列的制备方法，包括以下步骤，
31.(1)将zno基片抛光并清洗干净，使其成为表面光滑的zno基底1；
32.(2)将3g pdms与0.3g固化剂混合后加入10ml乙酸乙酯进行稀释得到聚合物溶液，并对聚合物溶液进行真空脱泡；
33.(3)将聚合物溶液通过如图1所示的喷雾装置(压电陶瓷致动器3和微喷嘴4)喷洒多个微液滴2到zno基底1上，如图2(a)所示，喷洒时间约1s，每个微液滴2体积约2μl；
34.(4)如图2(b)所示，通过外部电场e使zno基底1表面上的多个微液滴2有序排列，形成微液滴2阵列；
35.(5)如图2(c)所示，使用10w 355nm的紫外光照射zno基底1表面3h，使zno基底1表面上的微液滴2对zno基底1的接触角逐渐减小，至微液滴2呈微透镜形状后停止照射，从而
得到微透镜阵列；
36.(6)如图2(d)所示，通过恒温加热炉，在90℃下对zno基底1表面上的微透镜阵列进行固化，固化时间约1h。如图2(e)所示,固化后采用无水乙醇超声清洗微透镜表面。
37.上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种微透镜阵列的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，将润湿性可变材料制备成表面光滑的基底；将聚合物溶液喷洒在基底上形成多个微液滴；通过外加场对基底上的多个微液滴进行定位使其形成微液滴阵列；改变基底的润湿性，使每个微液滴对基底的接触角变小，进而在基底上形成多个微透镜；固化多个微透镜，形成微透镜阵列。2.按照权利要求1所述的一种微透镜阵列的制备方法，其特征在于：聚合物溶液的配置方法为，将pdms与固化剂混合后加入乙酸乙酯进行稀释得到，其中，pdms与固化剂的质量比为10：1，pdms与乙酸乙酯的体积比为1：1。3.按照权利要求1所述的一种微透镜阵列的制备方法，其特征在于：改变基底的润湿性通过以下步骤获得，利用紫外光照射基底以改变基底的润湿性，使基底上的微液滴呈现为微透镜的形状。4.按照权利要求3所述的一种微透镜阵列的制备方法，其特征在于：紫外光照射时间为2.5
‑
3.5h。5.按照权利要求1所述的一种微透镜阵列的制备方法，其特征在于：微液滴在基底上初始表现为超疏性。6.按照权利要求1所述的一种微透镜阵列的制备方法，其特征在于：润湿性可变材料为zno。7.按照权利要求1所述的一种微透镜阵列的制备方法，其特征在于：外加场为电场或磁场。8.按照权利要求1所述的一种微透镜阵列的制备方法，其特征在于：固化微透镜的方式为加热固化。9.按照权利要求8所述的一种微透镜阵列的制备方法，其特征在于：加热温度为90℃，加热时间为1h。10.按照权利要求1所述的一种微透镜阵列的制备方法，其特征在于：固化微透镜后还包括以下步骤，将微透镜置于无水乙醇中进行超声清洗。

技术总结
本发明涉及一种微透镜阵列的制备方法，包括以下步骤，将润湿性可变材料制备成表面光滑的基底；将聚合物溶液喷洒在基底上形成多个微液滴；通过外加场对基底上的多个微液滴进行定位使其形成微液滴阵列；改变基底的润湿性，使每个微液滴对基底的接触角变小，进而在基底上形成多个微透镜；固化多个微透镜，形成微透镜阵列。该方法可以实现原位制备微透镜，避免了主流制备方法中的转模步骤，可以有效提高微透镜的表面质量和精度。同时，根据实际条件，通过改变外加场的分布以及外部刺激的强度，可以便捷地制备出不同排布、不同尺寸的微透镜阵列。不同尺寸的微透镜阵列。不同尺寸的微透镜阵列。


技术研发人员：万珍平 周培阳 成雨 陆龙生
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：2021.07.15
技术公布日：2021/11/23