CN100493894C - 聚合物表面的亚微米和微米微透镜阵列的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚合物表面的微米和亚微米微透镜阵列的制备方法，属于纳米/微米微结构材料及其制备技术。本发明制备方法采用自组装技术结合压模法，即首先利用胶体晶体模板结合热处理技术制备微米和亚微米印模；经过热压脱模制备微米和亚微米微透镜阵列。本发明具有低成本、无需复杂设备与技术、可大批量快速生产、微透镜阵列面积大有序度高、透镜大小深度可调、透镜表面光洁度高、聚焦性能好等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚合物表面微米和亚微米微透镜阵列的制备方法。
背景技术
亚微米和微米微透镜阵列的制备是一项具有重要应用背景的技术。由于微透镜阵列可以矫正光束、光连接以及成像，因此在数码相机、液晶显示、发光二极管、微光刻、共焦显微镜、光转换器和联接器等领域得到了广泛的应用。目前的微透镜制备技术通常采用聚合物溶融、湿刻蚀、印模、光刻等昂贵的微加工手段和方法，其中印模法可以大批量生产，但其模具通常采用成本高、设备复杂的微加工技术，制作周期长，限制了其成本的降低。
发明内容
1、发明目的：本发明的目的是提供一种工艺简单、成本低的聚合物表面微米和亚微米微透镜阵列的制备方法。
2、技术方案：本发明所述的聚合物表面微米和亚微米微透镜阵列的制备方法，包括以下步骤：
(1)通过自组装技术在聚合物的表面排列亚微米和微米二氧化硅(SiO2)微球，获得聚合物表面大面积高度有序的二维单层微球阵列；其中自组装技术为公知技术，本专利可采用本申请人一份在先专利所公开的技术，专利号为ZL 03131989.0。
(2)将上述表面带有微球阵列的聚合物放入恒温箱中热处理，热处理的温度为140～180℃，时间为1min～24h，然后用HF酸溶液腐蚀除去SiO2微球，即可在聚合物的表面获得大面积高度有序的二维凹透镜阵列；
(3)将上述聚合物凹透镜阵列作为模板压在另一聚合物的表面，放入恒温箱中80～130℃热处理5min～1h后脱模，可得另一聚合物的凸透镜阵列。
3、有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下突出优点：
(1)可根据自组装SiO2微球的尺寸调控所得表面布拉维点阵的颗粒大小，从几百纳米到几十个微米连续可调。
(2)自组装结合热处理技术制备印模不需光刻等复杂技术，极大地降低了成本。
(3)可方便调控微透镜阵列的周期、焦距、厚度等参数。
(4)适用材料范围广。
(5)工艺简单，对设备要求不高，费用低廉。
附图说明
图1是制备过程的示意图，其中(A)SiO2微球自组装；(B)热处理；(C)HF酸腐蚀；(D)压模；(E)脱模。
图2是制备的微凹透镜阵列的扫描电镜图。
图3是制备的微凸透镜阵列的扫描电镜图。
具体实施方式
本发明包括：自组装结合热处理技术制备印模工艺的设计与确定；微米和亚微米聚合物表面微透镜阵列的制备方法。
实施例1：通过自组装技术在具有高软化点低弹性的聚碳酸酯聚合物表面排列亚微米和微米SiO2微球，获得大面积高度有序的二维单层微球阵列；然后将其放入恒温箱中于140℃热处理1min；用HF酸溶液腐蚀除去SiO2微球后即可得到在聚碳酸酯等聚合物表面的大面积高度有序二维凹透镜阵列；将上述凹透镜阵列作为模板压在具有高透光率的聚甲基丙烯酸甲酯聚合物表面，放入恒温箱中在80℃下热处理5min后脱模，即可得聚甲基丙烯酸甲酯、或聚苯乙烯等聚合物表面的凸透镜阵列；
实施例2：利用自组装技术将SiO2微球排列在聚碳酸酯表面，然后在180℃下热处理24h，自然冷却后利用HF酸将SiO2模板除去即得到聚碳酸酯微凹透镜阵列，见图2。
将上述微凹透镜作为印模置于聚甲基丙烯酸甲酯薄膜表面，在130℃下处理1小时，脱模后可得聚甲基丙烯酸甲酯微凸透镜阵列，见图3。
实施例3：制备过程与实施例相同，所不同的是高软化点低弹性聚合物选用聚酰胺(或聚甲醛)，另一具有高透光率聚合物材料为聚苯乙烯，第一次热处理温度为150℃，时间为10h；第二次热处理温度为100℃，时间为30min。其结果相同。
Claims (5)
1、一种聚合物表面上形成从几百纳米几十微米连续可调的微米和亚微米微透镜阵列的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)通过自组装技术在聚合物的表面排列亚微米和微米二氧化硅微球，获得聚合物表面大面积高度有序的二维单层微球阵列；
(2)将上述表面带有微球阵列的聚合物放入恒温箱中进行热处理；然后用HF酸溶液腐蚀除去二氧化硅微球，即可在聚合物的表面获得大面积高度有序的二维凹透镜阵列；
(3)将上述聚合物凹透镜阵列作为模板压在另一聚合物表面，放入恒温箱进行热处理后脱模，可得另一聚合物的凸透镜阵列。
2、根据权利要求1所述的聚合物表面上形成从几百纳米几十微米连续可调的微米和亚微米微透镜阵列的制备方法，其特征在于步骤(1)中所说的聚合物材料为聚碳酸酯、或聚酰胺、或聚甲醛。
3、根据权利要求1所述的聚合物表面上形成从几百纳米几十微米连续可调的微米和亚微米微透镜阵列的制备方法，其特征在于步骤(3)中所说的另一聚合物材料为聚甲基丙烯酸甲酯，或聚苯乙烯。
4、根据权利要求1所述的聚合物表面上形成从几百纳米几十微米连续可调的微米和亚微米微透镜阵列的制备方法，其特征在于在步骤(2)中，所说的热处理温度为140～180℃；时间为1min～24h。
5、根据权利要求1所述的聚合物表面上形成从几百纳米几十微米连续可调的微米和亚微米微透镜阵列的制备方法，其特征在于在步骤(3)中，所说的热处理温度为80～130℃；时间为5min～1h。
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