[發(fā)明專利]基于PDMS-磁性納米粒子復(fù)合薄膜的磁控微透鏡陣列制造方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510724862.3
• 申請(qǐng)日: 2015-10-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105334553A
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-02-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 彭倍;張遒姝;李輝;孫江濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G02B3/00
• 分類號(hào): G02B3/00
• 代理公司: 四川君士達(dá)律師事務(wù)所 51216
• 代理人: 芶忠義

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明屬于微光學(xué)元件和聚合物基光學(xué)材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于PDMS-磁性納米粒子復(fù)合薄膜的磁控微透鏡陣列的制造方法。

【背景技術(shù)】

磁流變彈性體(MagnetorheologicalElastomer,MRE)是一種應(yīng)用前景廣闊的智能型功能材料，一般由非磁性的彈性聚合物基體和微米級(jí)的磁性粒子組成，它的機(jī)械性能和電學(xué)性能可以通過(guò)施加外磁場(chǎng)控制。目前，MRE的應(yīng)用主要集中于振動(dòng)控制，在光學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用很少。

聚合物材料聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)是物理和化學(xué)性能穩(wěn)定的硅橡膠彈性體，可以用作MRE基體材料。此外，PDMS還具有一些特殊性能，例如，它的光學(xué)透明度很高；當(dāng)存在形變時(shí)，它的折射率會(huì)發(fā)生顯著變化；另外，PDMS的輪廓精度可達(dá)10nm以下，因而廣泛應(yīng)用于微納米技術(shù)領(lǐng)域，如微流體系統(tǒng)(微流道、微泵、微閥門(mén))、微光學(xué)系統(tǒng)(微透鏡)等。PDMS微結(jié)構(gòu)成型一般采用模鑄，即先在模具上形成微納米結(jié)構(gòu)，然后將液態(tài)的PDMS預(yù)聚物和固化劑混合物注入其中，最后通過(guò)加熱使PDMS固化成型。文獻(xiàn)研究顯示，用于制造微透鏡的PDMS一般為純材料,其不屬于智能型功能材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明提供一種基于PDMS-磁性納米粒子復(fù)合薄膜的磁控微透鏡陣列的制造方法，將磁流變彈性體的應(yīng)用拓展到光學(xué)領(lǐng)域。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種基于PDMS-磁性納米粒子復(fù)合薄膜的磁控微透鏡陣列的制造方法，包括以下步驟：

A:微透鏡陣列凹模板的制造：

1)采用旋涂技術(shù)將光刻膠均勻地涂在清洗過(guò)的基底上；

2)采用光刻技術(shù)在步驟1)所得的涂覆光刻膠的基底上形成光刻膠圓柱形結(jié)構(gòu)陣列；

3)將步驟2)所得光刻膠圓柱形結(jié)構(gòu)陣列置于烘干機(jī)上，加熱至光刻膠玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度以上，為達(dá)到系統(tǒng)能量最小化，光刻膠圓柱形結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榍蚬跔罱Y(jié)構(gòu)，冷卻后即得到微透鏡陣列母版；

4)將PDMS預(yù)聚物和固化劑(DowCorningSylgard184)按10:1的重量比混合，攪拌均勻后將混合物注入步驟3)所得微透鏡陣列母版，抽真空10分鐘以去除氣泡，然后置于烘干機(jī)上烘烤(烘烤溫度65℃，時(shí)間4小時(shí))，使PDMS固化成型；

5)將步驟4)所得的已固化成型的PDMS從微透鏡陣列母版剝離，即得到PDMS微透鏡陣列凹模板；

B：基于PDMS-磁性納米粒子復(fù)合薄膜的磁控微透鏡陣列的制造：

1)將PDMS預(yù)聚物和固化劑按10:1的重量比混合，攪拌均勻后將混合物放入40KHz超聲波振蕩儀中振蕩25分鐘去泡，同時(shí)促進(jìn)其進(jìn)一步充分混合；

2)將步驟1)得到的混合物與有機(jī)溶劑氯仿按1:1的重量比混合，攪拌均勻后放入40KHz超聲波振蕩儀中振蕩10分鐘，用以去除氣泡，并使各成分均勻混合；

3)將磁性納米粒子以適當(dāng)?shù)闹亓勘扰c步驟2)所得溶液混合，用玻璃棒攪拌2分鐘后，放入40KHz超聲波振蕩儀中振蕩30分鐘；

4)將步驟3)得到的PDMS-磁性納米粒子混合溶液旋涂于經(jīng)防粘表面處理的PDMS微透鏡陣列凹模板表面；

5)將步驟4)獲得的旋涂了PDMS-磁性納米粒子混合溶液的微透鏡陣列凹模板放置于500mT強(qiáng)磁場(chǎng)中5分鐘，在強(qiáng)磁場(chǎng)作用下磁性納米粒子沿磁場(chǎng)方向重新排列，形成纖維狀微結(jié)構(gòu)；

6)將經(jīng)步驟5)處理后的旋涂了PDMS-磁性納米粒子混合溶液的微透鏡陣列凹模板置于烘干機(jī)上烘烤(烘烤溫度150℃，時(shí)間35分鐘)，當(dāng)PDMS完全固化后將微透鏡陣列凹模板與微透鏡陣列分離，即得到基于PDMS-磁性納米粒子復(fù)合薄膜的磁控微透鏡陣列。

本發(fā)明提供了一種基于PDMS-磁性納米粒子復(fù)合薄膜的磁控微透鏡陣列的制造方法，將磁流變彈性體的應(yīng)用拓展到光學(xué)領(lǐng)域。對(duì)于這種使用PDMS-磁性納米粒子復(fù)合薄膜制作的微透鏡，其焦距、數(shù)值孔徑和光學(xué)透過(guò)率可以通過(guò)施加外磁場(chǎng)調(diào)節(jié)，因而成為磁控微透鏡。

【附圖說(shuō)明】

圖1為旋涂于基底上的光刻膠(AZ4620)示意圖。

圖2為光刻工藝的曝光工序示意圖。

圖3為采用光刻技術(shù)在基底上形成的光刻膠圓柱形結(jié)構(gòu)陣列示意圖。

圖4為微透鏡陣列母版示意圖。

圖5為注入了PDMS預(yù)聚物和固化劑混合物的微透鏡陣列母版示意圖。

圖6為從微透鏡陣列母版剝離的PDMS微透鏡陣列凹模板示意圖。