[發(fā)明專利]一種水下抗油污微透鏡陣列及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811047699.1
• 申請日: 2018-09-07
• 公開（公告）號(hào): CN109061779B
• 公開（公告）日: 2019-11-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊青;李敏靜;陳烽
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G02B3/00
• 分類號(hào): G02B3/00
• 代理公司: 61211 西安智邦專利商標(biāo)代理有限公司
• 代理人: 汪海艷<國際申請>=<國際公布>=<進(jìn)入

本發(fā)明涉及光學(xué)器件微制備領(lǐng)域，特別涉及一種水下抗油污微透鏡陣列及其制備方法。結(jié)合飛秒激光濕法刻蝕工藝、模板復(fù)制法、飛秒激光直寫技術(shù)和等離子輻照的制備方法。通過在微透鏡陣列間，使用飛秒激光構(gòu)造粗糙結(jié)構(gòu)，制備出具有超疏水性能的微透鏡陣列，然后通過氧等離子體改性處理，使其形成水下抗油微透鏡陣列。解決了微透鏡陣列在實(shí)際應(yīng)用中存在不能抵抗污染的問題，制備的微透鏡陣列可以不僅具有優(yōu)異的光學(xué)成像性能同時(shí)還具有良好的水下超疏油特性，可被廣泛應(yīng)用于水下光學(xué)探測、生物監(jiān)測等領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)器件微制備領(lǐng)域，特別涉及水下抗油污微透鏡陣列及其制備方法。

背景技術(shù)

水下光學(xué)探測及成像已經(jīng)成為生命科學(xué)研究、海洋勘探、內(nèi)窺手術(shù)、微流控系統(tǒng)等許多研究領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)。但是，復(fù)雜的水下環(huán)境中存在的油污及生物組織液等污染物成為阻礙光學(xué)元器件使用的重要因素。傳統(tǒng)方法制備的微透鏡陣列通常具有光滑的表面，使得微透鏡陣列無法抵抗污染物的污染，這些污染物不僅會(huì)影響光學(xué)元器件的使用壽命，降低光學(xué)元器件的性能，還有可能讓整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)喪失正常工作的功能。例如，在內(nèi)窺手術(shù)中，被用于成像和觀察的微透鏡陣列容易被油污及生物組織液等污染，這些污染物附著在透鏡表面上會(huì)影響診察的準(zhǔn)確性，最終影響病人的治療。更為糟糕的是，這些污染物的清洗需要化學(xué)清洗液進(jìn)行多次清潔處理，這些化學(xué)物質(zhì)不僅會(huì)腐蝕微透鏡陣列的表面，并且殘留在透鏡表面的化學(xué)物質(zhì)也會(huì)隨著下一次的手術(shù)進(jìn)入人體內(nèi)部，對(duì)身體帶來一定的傷害。因此制備出一種具有抗油污的微透鏡陣列具有重要的意義。

許多自然界生物的表面都展現(xiàn)出抗油污及自清潔功能，如魚鱗、蛤蜊貝殼、海藻等生物。魚可以自由自在地在被污染過的水中游泳而保持其魚鱗表面不被污染。研究者們發(fā)現(xiàn)魚鱗表面的良好的抗油污染功能來源于鱗片的水下超疏油性。魚鱗表面結(jié)構(gòu)是一種微米/納米復(fù)合結(jié)構(gòu)，這種粗糙結(jié)構(gòu)使得親水材料變得更加親水，使得魚鱗表面最終表現(xiàn)出超親水的特性。當(dāng)水滴滴落在魚鱗表面時(shí)，水滴會(huì)迅速鋪展開。空氣中的超親水表面在水下表現(xiàn)出超疏油性，因此，當(dāng)魚鱗浸入水中時(shí)，油滴會(huì)在魚鱗表面保持球形。研究者認(rèn)為當(dāng)魚鱗浸入水中時(shí)，水會(huì)進(jìn)入并填充滿魚鱗表面的粗糙結(jié)構(gòu)，形成一個(gè)被俘水層。形成的被俘水層阻礙了油滴與魚鱗表面的接觸，由此實(shí)現(xiàn)了水下超疏油性。

受到這些自然界生物表面的啟發(fā)，科研工作者通過許多微納制造技術(shù)在不同的材料上實(shí)現(xiàn)了制備水下超疏油表面，如自組裝、模板復(fù)制法、化學(xué)浸涂法、電化學(xué)沉積、化學(xué)刻蝕等方法。研究工作者們在不同材料上制備得到了不同功能的水下超疏油表面；但是，到目前為止，一種可以用于抵抗油污染的微透鏡陣列還沒有被制備出來。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決微透鏡陣列在實(shí)際應(yīng)用中存在不能抵抗污染的問題，本發(fā)明提出基于PDMS的水下抗油污微透鏡陣列及其制備方法。

本發(fā)明的基本構(gòu)思是：結(jié)合飛秒激光濕法刻蝕工藝、模板復(fù)制法、飛秒激光直寫技術(shù)和等離子輻照的制備方法。通過在微透鏡陣列間，使用飛秒激光構(gòu)造粗糙結(jié)構(gòu)，制備出具有超疏水性能的微透鏡陣列，然后通過氧等離子體改性處理，使其形成水下抗油微透鏡陣列。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是提供一種水下抗油污微透鏡陣列，包括凸透鏡陣列本體，凸透鏡陣列本體包括平面光滑區(qū)域，其特殊之處在于：

每個(gè)凸透鏡周圍的平面光滑區(qū)域上刻蝕粗糙區(qū)域，該粗糙區(qū)域?yàn)槌H水區(qū)域。

進(jìn)一步地，凸透鏡陣列本體的材質(zhì)為PDMS。

進(jìn)一步地，定義在凸透鏡陣列中，凸透鏡中心位于同一直線的凸透鏡為一行或一列凸透鏡；

任意相鄰兩行或兩列凸透鏡間的平面光滑區(qū)域刻蝕有粗糙區(qū)域，該粗糙區(qū)域由飛秒激光掃描線構(gòu)成。

進(jìn)一步地，相鄰兩透鏡之間的距離為200um，粗糙區(qū)域的寬度為60-92um。

本發(fā)明還提供一種基于PDMS的水下抗油污微透鏡陣列的制備方法，包括以下步驟：