[發明專利]一種多尺度可見光波段梯度折射率透鏡的制備方法

有效

• 申請號: 201810068284.6
• 申請日: 2018-01-24
• 公開（公告）號: CN108274738B
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發明（設計）人: 朱曉陽;王赫;胡玉杰;蘭紅波;彭子龍;王飛
• 申請（專利權）人: 青島理工大學
• 主分類號: B29C64/112
• 分類號: B29C64/112;B33Y10/00;B29L11/00;B29K35/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張曉鵬

1.一種多尺度可見光波段梯度折射率透鏡的制備方法，其特征在于：包括如下步驟：

1)采用多材料電噴印3D打印機實時連續混合制備不同設定比例的己二醇二丙烯酸酯與納米粒子的混合溶液；

2)將不同濃度的納米粒子的混合溶液逐層電噴射至與之相匹配的成形底板或成形裝置內，固化成型，即得設定折射率分布的梯度折射率透鏡；

調整微量注射泵的注射速度，改變所配制液體的比例從而改變折射率；

制備微尺度的梯度折射率透鏡時，多材料電噴印3D打印時采用微尺度打印模式，采用較小的氣體背壓和較大的電場力；制備宏尺度的梯度折射率透鏡時，采用宏尺度打印模式，采用較大的氣體背壓和較小的電場力；

所述步驟1)中，己二醇二丙烯酸酯與納米粒子的混合溶液是通過被動微混合器進行混合的。

2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述納米粒子的粒徑為5nm-40nm。

3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述納米粒子相對于己二醇二丙烯酸酯具有較高的折射率，且可以均勻分散在硅烷或氟硅烷類表面活性劑中。

4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述納米粒子為SiO₂納米粒子、TiO₂納米粒子及Fe₂O₃納米粒子。

5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：步驟1)中，己二醇二丙烯酸酯與納米粒子的混合比例的確定為：根據所需制備梯折透鏡的類型及實際應用，通過光學仿真軟件對透鏡的折射率分布進行優化設計，然后根據設計的透鏡折射率分布情況，設定己二醇二丙烯酸酯及納米粒子溶液的配比，并通過基礎實驗驗證按該配比制成透鏡的折射率分布情況，與所設計要求一致后，確定該兩種物質的配比。

6.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：根據所需制備梯折透鏡的類型及實際應用和己二醇二丙烯酸酯及納米粒子的混合溶液的性質，對電噴印參數與沉積成型參數進行設定。

7.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：步驟2)中，梯度折射率透鏡的制備方法，具體包括如下步驟：

己二醇二丙烯酸酯和納米粒子溶液按設定比例經被動微混合器混合均勻，得到第一段混合聚合物，將第一段混合聚合物按需打印至成型底板或成型裝置上，并由紫外光固化燈對沉積的聚合物液滴快速固化，得到第一層透鏡或第一層透鏡陣列；

然后開始混合第二段混合聚合物，并將第一段混合聚合物和第二段混合聚合物之間的交叉混合聚合物排向廢液池；

待交叉混合聚合物排放完全后，將微噴頭位置歸零，并將混合完全的第二段混合聚合物按需打印至已固化的第一層透鏡或第一層透鏡陣列上，得到第二層液滴，對第二層液滴進行快速固化，得到兩層透鏡或兩層透鏡陣列；

按照以上步驟進行制備，直至制得滿足要求的n層透鏡或透鏡陣列，制得梯度折射率透鏡或梯度折射率透鏡陣列。

8.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：對所述成型底板或成型裝置預先進行表面改性。

9.根據權利要求8所述的制備方法，其特征在于：成型底板或成型裝置表面的改性處理是根據成型透鏡的形狀的不同進行親水、疏水、超親水或超疏水處理。

10.根據權利要求8所述的制備方法，其特征在于：表面改性后的成型底板具有良好的透光性。

11.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：制備得到的梯度折射率透鏡的類型為平凸球向梯度折射率透鏡、軸向梯度折射率透鏡或雙凸球向梯度折射率透鏡。

12.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：步驟2)，對制備完成后的梯度折射率透鏡進行相關幾何及光學性能檢測后，對其潔凈封存。

13.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：步驟2)中，梯度折射率透鏡制備完成后，將多材料電噴印3D打印機關閉，將微量注射泵關閉，并從打印機上取下，將剩余的己二醇二丙烯酸酯及納米粒子溶液回收；然后開啟沖洗裝置將被動微混合器及微噴頭內的殘存混合聚合物液體清洗干凈。