CN109917500A - 有机热红外薄膜透镜的结构、设计及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本专利针对新型低成本的红外透镜，提出了利用红外高透性聚合物材料作为红外透镜的材料。由于聚合物材料优异的加工性能，其结构具有很强的可设计性，可设计出具有表面微结构的有机红外透镜，例如，超透镜、菲涅尔透镜等。再采用压印技术等方法对其进行加工，得到具有高红外透过率的有机红外薄膜透镜。

Description

有机热红外薄膜透镜的结构、设计及其制备方法

技术领域

本发明属于材料制备及应用技术领域，具体涉及高红外透过率的有机薄膜红外透镜的制备工艺。

背景技术

目前红外透镜从材料多采用无机的锗等材料，原材料成本高。而从加工方式上来说，需采用切削工艺。但是由于其无机材料质脆易碎，且精度要求较高，则对加工工艺有很高的要求及标准，这就导致了成品率低等问题，进一步提高了红外透镜的成本。因此，寻求新型低成本的红外透镜材料，是一个有效解决红外透镜使用加工成本高的有效途径，因此，期望利用廉价易得的聚合物材料替代锗单晶等昂贵的无机材料作为透镜材料，同时，聚合物加工工艺更简单，结构更易于设计与加工，因此，可对其透镜结构进行设计，制备具有红外高透性的有机红外透镜。

发明内容

本专利针对现有红外透镜材料昂贵，加工成本高的问题，提出了利用红外高透性聚合物材料作为红外透镜的材料。由于聚合物材料具有优异的加工性能，同时其结构具有很强的可设计性，可设计出具有表面微结构的红外光高透性的有机红外透镜，例如，超透镜、菲涅尔透镜等。再采用压印技术等方法对其进行加工，得到具有高红外透过率有机红外薄膜透镜。

因此，在本专利中，为了提高其红外光的透过率，对透镜表面微结构进行设计，可以设计成超透镜和菲涅尔透镜。对于聚合物基材的红外透镜，我们可以采取多种加工方式，例如卷对卷压印、热压、光固化等方式制备红外高透性的有机红外薄膜透镜。上述加工工艺简单，制备方便，十分利于大规模生产。

本发明技术方案具体介绍如下：

本发明提供高红外透过率聚合物材料作为可以加工具有超透镜或菲涅尔透镜结构的有机红外透镜。加工工艺可以采取热压印以及光刻技术等方式一次加工成型。对于可以热塑成型的聚合物，可以采用压印技术加工，而对于可光固化材料，则可以在光固化过程中一步完成透镜成型工艺。

本发明中，透镜的形态可设计为透镜和菲涅尔透镜结构。同时针对不同类型的聚合物，可以有多种加工方式，本发明提供了如下几种加工方法：

(1)热压加工成型。对于热塑性聚合物，线性聚合物，可使用热压的方法进行加工，步骤如下：将热塑性聚合物或可热聚合的前驱体在基底表面刮涂成，形成固定厚度的聚合物层。将上述聚合物膜，在模具存在的条件下，进行热压，聚合物膜在热压条件下成型或固话，得到特定表面形态的有机红外薄膜透镜。将成型后的有机薄膜透镜进行脱模，即得到特定表面结构的有机薄膜透镜。

(2)光固化压印成型。将光固化前驱体刮涂在基底(玻璃板或钢板)表面，形成固定厚度的聚合物层。将刮涂后的膜在模具压印的后，经紫外光照的条件下，固化成型，制备出有机薄膜透镜。将成型后的有机薄膜透镜进行脱模，即得到特定表面结构的有机薄膜透镜。

上述方法(1)中，适用材料为热塑性聚合物及热固性聚合物的前驱体。加热温度需高于聚合物的玻璃化转变温度或软化温度。

上述方法(2)中，光固化材料可选可聚合单体与光引发剂的混合物、巯基与双键单体的混合物及光引发剂、低聚合度的含双键与巯基的前驱体混合物及光引发剂等在光照条件下可反应的有机混合物。其中光引发剂可以选自由基光引发剂或者阳离子型光引发剂。优选的，所述自由基光引发剂为安息香醚类、二烷氧基苯乙酮、占吨酮、含硫醚二苯甲酮类、硫杂蒽酮、蒽醌和二苯甲酮及其衍生物中的一种或几种的组合；所述阳离子型光引发剂为二芳基碘化物、三芳基硫化物、二芳基碘鎓铜盐或二茂铁盐中任一种。

和现有技术相比，本发明的有益效果在于：

红外高透过率聚合物材料作为红外透镜材料，可以采取压印及光刻技术的加工方法进行加工，简单易行，工艺简单成熟，加工成本低，且易于大规模生产。

附图说明

图1：红外高透过率的有机红外透镜光路示意图(超透镜和菲涅尔透镜)

图2：具有超透镜结构和菲涅尔透镜结构的有机红外透镜

图3：利用纳米压印技术加工有机红外超透镜和菲涅尔透镜工艺示意图

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步描述。以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。

实施例1：

将聚合后的含硫聚合物加热软化后，利用模具压印，制备具有超透镜或菲涅尔透镜结构的有机红外透镜。含硫聚合物利用压印工艺加工成具有超透镜结构的有机红外透镜，过程示意图见图3(2).

实施例2：

将POSS-SH与二烯单体按照一定比例混合后，加入光引发剂，混合均匀后，刮涂成膜，将膜经模具压印后，加紫外光照射，光照成型，制备具有超透镜或菲涅尔透镜结构的有机红外透镜，实现聚合物合成与透镜成型一步完成，如图3(3)所示。

Claims (8)

1.本专利中，红外透镜的材料聚合物材料，其特征在于：对红外线窗口有较高透过率。

2.根据权利要求1，红外透镜的聚合物材料可选用热塑性聚合物或热固性聚合物的前驱体及光固化材料的前驱体或单体。

3.有机红外薄膜透镜的加工方式，特征在于：可采用光刻压印或热压印技术等方法进行加工。

4.根据权利要求3，其特征在于，光刻压印技术制备有机薄膜透镜的步骤如下：

(1)将光固化前驱体刮涂在基底(玻璃板或钢板)表面，形成固定厚度的聚合物层。

(2)将刮涂后的膜经模具压印后，经紫外光照的条件，固化成型，制备出有机薄膜透镜。

(3)将成型后的有机薄膜透镜进行脱模，即得到特定表面结构的有机薄膜透镜。

5.根据权利要求4，其特征在于，用于光刻压印技术的聚合物材料为，具有可光聚合或光反应官能团的单体或低聚物。如含有双键、巯基等的小分子或低聚物。

6.根据权利要求3，其特征在于，热压印技术制备有有机薄膜透镜的步骤如下：

(1)将热塑性聚合物或可热聚合的前驱体在基底表面刮涂成，形成固定厚度的聚合物层。

(2)将上述聚合物膜，在模具存在的条件下，进行热压，聚合物膜在热压条件下成型或固话，得到特定表面形态的有机红外薄膜透镜。

(3)将成型后的有机薄膜透镜进行脱模，即得到特定表面结构的有机薄膜透镜。

7.根据权利要求6，其特征在于，用于热压成型的聚合物为热塑性聚合物或热固性聚合物的前驱体。

8.本专利中有机红外薄膜透镜的形式，其特征在于：采用具有表面微纳结构的超透镜或菲涅尔透镜等。