CN112026073A - 一种ar衍射光波导压印模具的制备方法及软模具和应用 - Google Patents

一种ar衍射光波导压印模具的制备方法及软模具和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种AR衍射光波导压印模具的制备方法及软模具和应用。具体步骤为：采用双光子聚合微纳3D打印机在镍基底上打印电铸掩模；利用纳秒脉冲微细电铸，对得到的带有掩模的镍基板进行电铸，得到倾斜光栅金属镍模具；以制造的倾斜光栅金属镍模具作为母模，在母模上涂布图形层聚合物PDMS，将PET贴覆到PDMS上，对模具进行压印，采用揭开式脱模，得到一次复制的软模具，重复涂覆PDMS、贴覆PET、压印、揭开式脱模的步骤，最终制得若干PDMS软模具阵列排布在一张PET上的复合软模具。实现大面积AR衍射光波导压印模具的高精度低成本高效制作。

Description

一种AR衍射光波导压印模具的制备方法及软模具和应用
技术领域
本发明属于增强现实AR和微纳制造技术领域，具体涉及一种AR衍射光波导压印模具的制备方法及软模具和应用。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
增强现实(Augmented Reality，简称AR)是一种将虚拟信息与真实世界巧妙融合的新技术。它能够虚拟信息模拟仿真后，利用一个或一组光学耦合器，通过“叠加”的方式，将虚拟信息和真实场景融为一体，两种信息互为补充，从而实现对真实世界的“增强”。AR眼镜(头盔显示)是增强现实系统的核心功能部件。
目前限制AR眼镜批量化生产的主要因素是显示系统的设计和制造。当前市场上的AR眼镜采用的显示系统基本上都是各种微型显示屏与棱镜、自由曲面、光波导等光学元件的组合。其中光波导具有以下显著的优势：动眼框范围大适应更多人群、光学效果好、外观形态与眼镜类似、成像系统旁置、具有视场角大、质量轻和厚度薄以及良好的可量产潜能等，被认为是AR眼镜走向消费级的最理想的解决方案。AR光波导分为几何光波导(Geometric Waveguide)和衍射光波导(Diffractive Waveguide)两种。以色列Lumus公司采用的方案就是几何光波导，它是通过许多堆叠在一起的成一定角度的半透半反镜面来实现图像的输出和动眼框的扩大。几何光波导的生产工艺繁冗，需要在镜面阵列中的每个镜面上镀上不同反射透射比(R/T)的多层膜，导致总体良率较低。目前，衍射光波导已经逐渐显示出更好和更广泛的工业化应用前景。衍射光栅是衍射光波导的核心，根据所使用的衍射光栅的不同，衍射光波导主要有表面浮雕光栅和体全息光栅。国际上，Digilens、苹果的Akonia公司、英国BAE、索尼等公司采用的解决方案是体全息光栅，它是运用全息干涉曝光的方法在材料内部曝光形成的“明暗干涉条纹”来制备，其材料制备复杂、规模量产困难、长期可靠性、材料稳定性难以保证。目前业界已经形成的共识是：AR眼镜想要具备普通眼镜的外观，真正走向消费市场，表面浮雕倾斜光栅是目前最佳方案。目前Microsoft、Rokid、Magic Leap等公司发布了多款消费级AR眼镜产品，证明了表面浮雕倾斜光栅衍射光波导的优越性能。
但是，发明人发现，现有的微纳制造技术(诸如光学光刻、纳米压印等)面临表面浮雕倾斜光栅制造困难的问题，尤其是难以实现倾斜光栅低成本批量化生产的挑战性难题。目前国际AR设备提供商Microsoft、Magic Leap、Vuzix等公司生产表面浮雕光栅的方法：(1)利用电子束光刻和刻蚀工艺制造小母版，通过步进压印工艺制造大母版(压印模具)；(2)随后采用通过纳米压印(平压平工艺技术，在玻璃基底(即波导片)涂铺可见光波段透明度很高和高折射率指数的树脂材料上压印出倾斜光栅光波导结构。该方案制作母模具面临很大的限制和约束，例如，电子束光刻和刻蚀工艺相结合只能制造非常小面积的母版，而且对于所制造的倾斜光栅只能限定一定几何特征尺寸，尤其还面临制造成本高和生产周期长的问题。此外，还存在压印的面积较小，模具易损坏等问题。因此，AR衍射光波导(表面浮雕倾斜光栅)压印模具的制作面临难以解决的难题。
精密微电铸技术是一种精度高，成本低的微模具制造技术。其中LIGA以及UV-LIGA技术被认为是一种制作高精度压印模具的有效方法。LIGA技术虽然具有突出的优点，但是它的工艺步骤比较复杂,成本费用昂贵。为了获得光源，需要复杂而又昂贵的高能量X射线源——同步回旋加速器，同时还需要光刻掩模板。光刻的掩模板本身就是微结构，需要先用离子束光刻等技术制备出来，费时又复杂,可用的光刻胶种类又少，这使得LIGA技术难以实现任意形状的大面积倾斜光栅压印模具的高效低成本制备。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种AR衍射光波导压印模具的制备方法及软模具和应用。
为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：
一种AR衍射光波导压印模具的制备方法，具体步骤为：
1、打印电铸模板：采用双光子聚合微纳3D打印机在镍基底上打印电铸掩模；
2、电铸倾斜光栅金属模具：利用纳秒脉冲微细电铸，对步骤1得到的带有掩模的镍基板进行电铸，得到倾斜光栅金属镍模具；
3、制备压印复合软模具：以步骤2制造的倾斜光栅金属镍模具作为母模，在母模上涂布图形层聚合物PDMS，将PET贴覆到PDMS上，对模具进行压印，采用揭开式脱模使PDMS脱离金属镍母模，得到一次复制的软模具(PDMS粘附在PET上)，重复涂覆PDMS、贴覆PET(在同一张PET不同位置贴覆)、压印、揭开式脱模的步骤，最终制得若干PDMS软模具阵列排布在一张PET上的复合软模具。
结合纳秒脉冲微细掩模电铸和微纳3D打印技术，实现大面积AR衍射光波导(表面浮雕倾斜光栅)压印模具的高精度低成本高效制作的方法。
采用双光子聚合微纳3D打印在金属基底上打印电铸掩模，一方面光子聚合微纳3D打印精度高，满足了衍射光波导的精度要求，另一方面相较于传统的LIGA工艺，省去了制作高精度光刻掩模的过程，直接在基底打印电铸掩模，具有制造成本低和生产效率高的优势。
采用纳秒脉冲微细掩模电铸技术，解决了电化学沉积的定域性和过程的稳定性的难题，实现了倾斜光栅模具高精度低成本制造。
双光子聚合微纳3D打印可以根据需要设计打印任意形状、深宽比、倾斜角的微结构；纳秒脉冲微细电铸的定域性强，过程的稳定性好。因此利用双光子聚合微纳3D打印技术打印电铸掩模并结合纳秒脉冲微细掩模电铸技术能够容易实现任意形状、大深宽比、大倾角倾斜光栅模具结构的制造。
在本发明的一些实施方式中，步骤1中打印电铸模板中在进行打印电铸掩模之前，对镍基底进行预处理，预处理的方法为：对镍基底进行磨光、抛光处理。去掉表面的各种宏观缺陷、腐蚀痕、划痕、毛刺、砂眼、气泡、氧化皮及锈等,降低表面粗糙度，提高金属的耐蚀性，提高金属基底表面的平整度和光洁度。
在本发明的一些实施方式中，打印电铸掩模的厚度为1μm。为节约成本，同时不大于电铸过程中的初始加工间隙，打印电铸掩膜厚度不宜过大，考虑到双光子聚合微纳3D打印的精度为纳米级，因此掩膜厚度定为1μm。
在本发明的一些实施方式中，对在镍基底打印的电铸掩模使用UV灯照射进行固化处理。
在本发明的一些实施方式中，步骤1中双光子聚合微纳3D打印使用的打印材料为UV固化光刻胶、水凝胶、纳米复合树脂材料等。
在本发明的一些实施方式中，步骤2中纳秒脉冲微细电铸的脉冲宽度为8-12ns，占空比为1:8-12。选择高频、窄脉宽、大占空比脉冲进行电铸是因为脉宽Ton的大小就是双电层的充电时间的长短，脉宽窄，则充电时间短，电流密度小的区域来不及充电或者没有完全充电就立即进入放电阶段，即脉间Toff阶段。从而电流密度小的区域电化学反应弱或者根本没有进行电化学反应，电化学影响区较小，晶粒成长被限定在相对较小的区域内，定域性极大提高。
在本发明的一些实施方式中，步骤3中电铸液为氨基磺酸镍、阳极活化剂、缓冲剂、防针孔剂的混合物。优选的，阳极活化剂为氯化镍；优选的，缓冲剂为硼酸；优选的，防针孔剂为十二烷基硫酸钠；优选的电铸液中氨基磺酸镍的浓度为300～450g/L；优选的，电铸液中阳极活化剂的浓度为10～15g/L；优选的，电铸液中缓冲剂的浓度为30～35g/L；优选的，电铸液中防针孔剂的浓度为0.1～0.15g/L。
在电铸液中加入阳极活化剂氯化镍改善阳极的溶解性,提高导电率，改善溶液的分散能力；加入缓冲剂硼酸减缓阳极区溶液PH值的增加，使得能够使用较高的阳极电流密度而不致在阳极上析出氢氧化物，同时还具有提高阴极极化和改善铸层性质的作用；加入防针孔剂十二烷基硫酸钠降低溶液的表面张力,使氢气泡不易在阴极表面停留,从而防止针孔的形成。
在本发明的一些实施方式中，电铸沉积层的厚度为0.5-1.5cm；优选为1cm。
在本发明的一些实施方式中，电铸过程中电铸液的温度50～55℃。
在本发明的一些实施方式中，电铸过程中电铸液的pH为3.8～4.4。
在本发明的一些实施方式中，电铸的过程中利用循环泵对电铸液进行冲液，冲液的速度为1-1.5m/s。对镀液起到搅拌作用，降低浓差极化并使加工过程中附着在电极表面的气泡迅速排出。冲液是将电铸液吸出经过循环泵后再排到电铸池中。
在本发明的一些实施方式中，电铸的电流密度为0.5～3.0A/m2，电铸时间为80-120h；优选的，电铸时间为100h。采用较小的电流密度可以降低表面粗糙度，控制电铸时间在上述范围内，可以更好的避免表面粗糙度过大。
在本发明的一些实施方式中，电铸之后得到的模具进行清洗的后处理，具体为：利用去离子水进行超声震洗，处理的时间为5-10min，然后进行干燥。
在本发明的一些实施方式中，清洗之后进行去应力后处理，具体为：采用真空退火的方法进行处理；优选的，退火的温度为350-450℃，退火的时间为1.5-2.5h。退火后金属镍母模随炉冷却至室温。退火后的镍模板内应力有了很大的减少，模板变得平整，适合后续工艺。
在本发明的一些实施方式中，步骤3中最后得到的软模具的PDMS层的厚度为10～50μm，PET层厚度100～400μm。在制备得到的复合软模具中PDMS图形层是通过多次涂覆得到，PET层作为PDMS软模具的支撑层。在PET上实现得到多个PDMS图形层。
在本发明的一些实施方式中，步骤3涂布PDMS之前对母模进行抗黏附处理，具体步骤为：利用丙酮、异丙醇及去离子水分别进行超声处理、干燥；
然后将母模放在十七氟癸基三氯硅烷的异辛烷溶液中进行浸泡；
浸泡后分别用异辛烷、丙酮、异丙醇进行超声清洗；
然后在镍母模表面涂覆脱模剂。
优选的，超声清洗的时间为15-25min，浸泡的时间为25-35min。
优选的，十七氟癸基三氯硅烷的异辛烷溶液的浓度为质量分数0.5-1.5％。
优选的，脱模剂为CF3(CF2)7CH2CH2PO2(OH)2。优选的，脱模剂的涂覆采用旋涂的方式，旋涂的速度为1800-2200r/min，旋涂的时间为35-45s。
在本发明的一些实施方式中，PET层的贴覆的过程中采用渐进式顺序线接触施压的操作方式。这种操作方式可以尽可能消除压印过程中产生的气泡缺陷。
在本发明的一些实施方式中，压印的操作条件为：压印力为50-500N，加热温度为50～90℃。压印后PDMS完全固化。压印的过程确保图形层和支撑层更好的粘附在一起，保证图形层和母模之间是完全共形接触，减少加热过程中产生的气泡缺陷。
第二方面，上述AR衍射光波导压印模具的制备方法制备得到的软模具。
第三方面，上述软模具在表面浮雕倾斜光栅领域中的应用。
本发明一个或多个技术方案具有以下有益效果：
(1)双光子聚合微纳3D打印技术的打印精度高，能够精确打印亚微尺度的各种结构，满足了衍射光波导的精度要求，解决了LIGA等工艺精度不足的问题。
(2)生产成本低、效率高。运用双光子聚合微纳3D打印制造电铸掩模，能够在金属基底上直接成型，克服了传统LIGA工艺掩模版制作困难，需要用高能量X射线源——同步回旋加速器，这一昂贵的设施和复杂的掩模制造工艺的问题，极大地降低了制造成本，提高了制造效率。
(3)能够实现任意形状、大深宽比、大倾角倾斜光栅模具结构的制造。传统的制作模具的方法对于制作衍射光波导倾斜光栅电铸掩模存在很多不足，例如LIGA技术需要昂贵的同步辐射射线和特制的掩模版，UV-LIGA技术制作掩模的精度受限，很难实现任意形状、大深宽比、大倾角微结构的制作。本发明提出的方法，采用双光子聚合微纳3D打印技术打印电铸掩模，对于倾斜光栅电铸掩模的设计和制造都没有约束，尤其能实现任意形状表面浮雕倾斜光栅和大深宽比倾斜光栅的结构的制造。
(4)纳秒脉冲电铸定域性强、精度高。本发明所制造的倾斜光栅压印模具对制造精度要求非常高，为了获得极高的加工精度，定域电沉积加工材料的生长必须得有意识的控制在一定的区域内。而在电铸加工过程中，电铸液中电流密度在两极之间的分布是大小不一的，越靠近电极中心，电流密度越高。因此，在电极中心区域内，铸层成长速度要明显快于远离中心的区域。当在阳极和阴极间加上电压时，溶液中的金属表面形成双电层。当两极之间通上脉冲电压时，双电层(相当于一个电容器)即被周期性的充电和放电。电流密度大的地方，双电层电容充电时间短，而电流密度小的地方，需要的充电时间长。而在纳秒脉冲电流电铸加工过程中，脉宽Ton的大小就是双电层的充电时间的长短，脉宽窄，则充电时间短，电流密度小的区域来不及充电或者没有完全充电就立即进入放电阶段，即脉间Toff阶段。从而电流密度小的区域电化学反应弱或者根本没有进行电化学反应，电化学影响区较小，晶粒成长被限定在相对较小的区域内，定域性极大提高，从而实现亚微尺度高精度制造压印模具。
(5)纳秒脉冲电铸能得到致密的、导电率高的沉积层。金属沉积时的结晶形态和生长方式与阴极极化过电位密切相关，随着过电位的增长，电结晶的临界尺寸减小，晶核形成的几率增长，晶粒数目增多，使晶粒变细，铸层致密。而极化包括两个部分，浓差极化和电化学极化。浓差极化对金属沉积有弊无利，而电化学极化则使结晶细致。在脉冲电流的脉冲间隔时间内，阴极界面处的金属离子得以迅速补充，降低了扩散层的有效厚度，减小浓差极化，使得可以来用高于常规直流电沉积的电流密度，从而可以产生更高的电化学极化，达到细化晶粒，提高铸层致密度的效果。
(6)纳秒脉冲电铸有利于降低浓差极化,提高阴极电流密度。脉冲电流波形的特点是：在接通瞬间可以在电极得到较直流高得多的电流密度,提高电极的电化学极化,产生细致的铸层；断开后,电极迅速恢复至原状,阴极界面处的金属离子得以迅速补充，降低了扩散层的有效厚度，减小浓差极化。电铸液中的粒子在高频脉冲电场中不间断的运动与停止，产生高频振动，对电铸液起到了一个搅拌的作用，减小浓差极化且使吸附在阴极表面的杂质、氢气等脱附,有利于减少缺陷,提高铸层的纯度，同时脉冲间歇为电铸液温度下降和电铸产物的排出提供了时间,使电铸液迅速得到更新，能够改善流场特性。使电极表面的浓差极化减小。
(7)实现大面积(大尺寸)表面浮雕倾斜光栅纳米压印模具高精度低成本快速制造。
(8)工艺简单，设备成本低。
(9)本发明既可用于表面浮雕倾斜光栅衍射光波导纳米压印模具的制造，也适合其它类型衍射光波导(例如纳米柱式衍射光波导)纳米压印模具的制造。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1打印的电铸掩模示意图；
图2双光子聚合微纳3D打印机原理示意图；
图3电铸镍金属模具示意图；
图4镍母模复制示意图；
图5压印复合软模具示意图；
图6基于提出方法制造AR衍射光波导压印模具流程图；
其中，1、镍板，2、光刻胶，3、光源，4、分色镜，5、物镜，6、衬底，7、XY运动台，8、控制与反馈系统，10、电铸镍模具，11、PET，12、PDMS图形层。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施实例
图1是本发明所要制造的一种电铸掩模示意图以及其能够制造的衍射光波导(表面浮雕倾斜光栅)的具体参数，其中倾斜角度、槽深(相对深度)、线宽、填充因子(光栅宽度/周期)如图1所述。本实施实例所要制造的金属模具的参数：倾斜角度35°；槽深330nm；线宽220nm、周期405nm、填充因子(系数)55％。镍板1表面设置光刻胶2。
以实施实例所述的倾斜光栅纳米压印模具为例，结合图1-图6，具体说明基于提出方法和设备制造倾斜光栅纳米压印模具的具体过程。
步骤1：打印电铸掩模。
使用双光子聚合微纳3D打印机(Nanoscribe公司的Photonic Professional GT2)在镍板上打印电铸掩模，镍板尺寸为30×20×1mm，打印材料选用IP-L 780。
具体工艺过程：
(1)预处理。首先对镍板磨光、抛光处理，去掉表面的各种宏观缺陷、腐蚀痕、划痕、毛刺、砂眼、气泡、氧化皮及锈等，降低表面粗糙度，提高金属的耐蚀性，提高金属基底表面的平整度和光洁度。然后根据本实施例所确定的倾斜光栅电铸掩模的几何形状和尺寸，利用数据前处理软件将其转换成加工文件；随后，将加工文件输入到双光子聚合微纳3D打印机Photonic Professional GT2。将打印机的料盒中装满打印材料IP-L 780。将镍金属板作为打印基底放在打印机的打印平台上。开启双光子聚合微纳3D打印机PhotonicProfessional GT2。
(2)打印电铸掩模。根据设置的打印工艺参数，逐层打印，打印1μm厚的电铸掩模，其打印原理如图2所示。光源3发出的光通过分色镜4射入物镜5，通过物镜5射入到衬底6上，控制与反馈系统8调控XY运动台7的移动，进而控制衬底6的移动。
(3)后处理。从双光子聚合微纳3D打印机Photonic Professional GT2的打印平台上取下打印好掩模的镍板，去除未固化的聚合物，进一步后固化处理。制备出带有电铸掩模的镍金属板。
步骤2：电铸倾斜光栅金属模具。
金属模具材料选用镍。基于步骤1在镍金属板上打印的电铸掩模，采用微电铸的设备为DZY-III型双槽双路精密电铸机、NPG-18/3500N型纳秒脉冲电源，结合纳秒脉冲精密微电铸工艺制造镍模具的方法：
(1)预处理。将步骤1制得的带有掩模的镍金属板连接电铸设备的阴极，纯镍板连接阳极，放置在300g/L的氨基磺酸镍电铸液中。在电铸液中加入阳极活化剂氯化镍10g/L，改善阳极的溶解性,提高导电率，改善溶液的分散能力；加入缓冲剂硼酸30g/L，减缓阳极区溶液PH值的增加，使得能够使用较高的阳极电流密度而不致在阳极上析出氢氧化物，同时还具有提高阴极极化和改善铸层性质的作用；加入防针孔剂十二烷基硫酸钠0.1g/L，降低溶液的表面张力，使氢气泡不易在阴极表面停留，从而防止针孔的形成。
(2)电铸。开启微细电铸设备，用脉冲宽度为10ns，占空比1:10的纳秒脉冲电源进行电铸，电铸沉积层厚度为1cm。通过恒温系统将电铸液的温度控制在50℃，利用PH值监测系统将PH值控制在4，并利用泵进行冲液，冲液速度为1.3m/s，对镀液起到搅拌作用，降低浓差极化并使加工过程中附着在电极表面的气泡迅速排出。为了避免表面粗糙度过大，电流密度为2.5A/dm2。电铸时间约100h。
(3)后处理。如图3所示，将电铸镍模具10从镍板1上取下，用去离子水超声震洗10min，完全去除镍模上残留的材料，并用氮气吹干。随后，对模具倾斜光栅结构进行表面处理，减小表面粗糙度，提高倾斜光栅表面质量。为了减小金属镍母模因残余内应力而存在弯曲的问题，对制造的金属镍母模进行了去应力后处理，采用真空退火，温度为400℃，时间2小时，退火后金属镍母模随炉冷却至室温。退火后的镍模板内应力有了很大的减少，模板变得平整，适合后续工艺。
步骤3：制备压印复合软模具。
本实施例制造的压印复合软模具：PDMS为图形层，其厚度是10～50μm；PET作为支撑层，其厚度100～400μm。基于步骤2制造金属镍母模，进行循环复制，将复制的若干PDMS软模具阵列排布在100×100mmPET基底上，制作一种双层复合软模具的工艺过程：
(1)预处理。首先对镍母模进行抗黏附处理：①用丙酮、异丙醇及去离子水各超声处理20min，然后将母模置于热板(或加热箱)上烘干；②以异辛烷为溶剂，配置1％浓度的十七氟癸基三氯硅烷溶液(FDTS)，静置15min，然后将母模放入其中浸泡30min；③分别用异辛烷、丙酮、异丙醇于超声条件下各清洗20min。然后在镍母模表面滴加2ml脱模剂(脱模剂材料为：CF3(CF2)7CH2CH2PO2(OH)2)，以2000r/min的转速旋涂40s，在母模图形表面形成一层抗黏附层，进一步降低母模表面能。然后采用旋涂或者狭缝涂布等精密涂布方式在母模表面涂布图形层聚合物PDMS，厚度10-50微米，并进行抽真空处理，排出PDMS内部的气泡。对支撑层材料PET表面进行氧等离子轰击处理，提高PET与PDMS之间的黏结力，最后将支撑层材料PET采用“渐进式”顺序线接触施压贴覆到PDMS上，尽可能消除压印过程产生的气泡缺陷。
(2)镍母模的复制。将铺放好PET的模具放到加热板上，施加均匀压印力，压印力是100N，加热温度为90℃，直到PDMS完全固化。为了确保图形层和支撑层更好的粘附在一起，保证图形层和母模之间是完全共形接触，减少加热过程中产生的气泡缺陷。最后采用揭开式脱模，实现镍母模的一次复制(如图4所示)。
(3)压印软模具的制造。不断重复上述两个步骤6次，在上一步骤揭下来的PET11上的不同位置进行镍母模的复制。最终在100×100mmPET上得到阵列排布的6个PDMS软模具，得到PDMS图形层12，如图5所示。该软模具能够实现表面浮雕倾斜光栅高效低成本批量化压印。
双层复合软模具既能依靠自身的柔性实现与非平整表面/衬底大面积完全共形接触，又能通过特征层结构的小变形来确保压印图形的精度和质量，实现大面积纳米压印所需“软”与“硬”的完美结合；所制作的双层复合软模具(一张PET上排布多个PDMS软模具)能够实现一次压印后大面积制作多个倾斜光栅微结构，并且质地柔软，不易被破坏，能够被多次使用，降低模具的制造成本。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种AR衍射光波导压印模具的制备方法，其特征在于：具体步骤为：
1、打印电铸模板：采用双光子聚合微纳3D打印机在镍基底上打印电铸掩模；
2、电铸倾斜光栅金属模具：利用纳秒脉冲微细电铸，对步骤1得到的带有掩模的镍基板进行电铸，得到倾斜光栅金属镍模具；
3、制备压印复合软模具：以步骤2制造的倾斜光栅金属镍模具作为母模，在母模上涂布图形层聚合物PDMS，将PET贴覆到PDMS上，对模具进行压印，采用揭开式脱模除去PET层，得到一次复制的软模具，重复涂覆PDMS、贴覆PET、压印、揭开式脱模的步骤，保留最外层的PET层得到复合软模具。
2.如权利要求1所述的AR衍射光波导压印模具的制备方法，其特征在于：步骤1中打印电铸模板中在进行打印电铸掩模之前，对镍基底进行预处理，预处理的方法为：对镍基底进行磨光、抛光处理；
或，打印电铸掩模的厚度为1μm；
或，对打印电铸掩模后的镍基底进行固化处理；
或，步骤1中双光子聚合微纳3D打印使用的打印材料为UV固化光刻胶、水凝胶、纳米复合树脂材料。
3.如权利要求1所述的AR衍射光波导压印模具的制备方法，其特征在于：步骤2中纳秒脉冲微细电铸的脉冲宽度为8-12ns，占空比为1:8-12。
4.如权利要求1所述的AR衍射光波导压印模具的制备方法，其特征在于：步骤3中电铸液为氨基磺酸镍、阳极活化剂、缓冲剂、防针孔剂的混合物；
优选的，阳极活化剂为氯化镍；优选的，缓冲剂为硼酸；优选的，防针孔剂为十二烷基硫酸钠；优选的电铸液中氨基磺酸镍的浓度为300～450g/L；优选的，电铸液中阳极活化剂的浓度为10～15g/L；优选的，电铸液中缓冲剂的浓度为30～35g/L；优选的，电铸液中防针孔剂的浓度为0.1～0.15g/L。
5.如权利要求1所述的AR衍射光波导压印模具的制备方法，其特征在于：电铸沉积层的厚度为0.5-1.5cm；优选为1cm；
或，电铸过程中电铸液的温度50～55℃；
或，电铸过程中电铸液的pH为3.8～4.4；
或，电铸的过程中利用泵对电铸液进行冲液，冲液的速度为1-1.5m/s；
或，电铸的电流密度为0.5～3.0A/m2，电铸时间为80-120h；优选的，电铸时间为100h。
6.如权利要求1所述的AR衍射光波导压印模具的制备方法，其特征在于：电铸之后得到的模具进行清洗的后处理，具体为：利用去离子水进行超声震洗，处理的时间为5-10min，然后进行干燥；
或，清洗之后进行去应力后处理，具体为：采用真空退火的方法进行处理；优选的，退火的温度为350-450℃，退火的时间为1.5-2.5h。
7.如权利要求5所述的AR衍射光波导压印模具的制备方法，其特征在于：步骤3中最后得到的软模具的PDMS层的厚度为10～50μm，PET层厚度100～400μm。
8.如权利要求1所述的AR衍射光波导压印模具的制备方法，其特征在于：步骤3涂布PDMS之前对母模进行抗黏附处理，具体步骤为：利用丙酮、异丙醇及去离子水分别进行超声处理、干燥；
然后将母模放在十七氟癸基三氯硅烷的异辛烷溶液中进行浸泡；
浸泡后分别用异辛烷、丙酮、异丙醇进行超声清洗；
然后在镍母模表面涂覆脱模剂；
优选的，超声清洗的时间为15-25min，浸泡的时间为25-35min；
优选的，十七氟癸基三氯硅烷的异辛烷溶液的浓度为质量分数0.5-1.5％；
优选的，脱模剂为CF3(CF2)7CH2CH2PO2(OH)2；优选的，脱模剂的涂覆采用旋涂的方式，旋涂的速度为1800-2200r/min，旋涂的时间为35-45s；
优选的，PET层的贴覆的过程中采用渐进式顺序线接触施压的操作方式；
优选的，压印的操作条件为：压印力为50-500N，加热温度为50～90℃。
9.如权利要求1-8任一所述的AR衍射光波导压印模具的制备方法AR衍射光波导压印模具的制备方法制备得到的软模具。
10.如权利要求9所述的软模具在表面浮雕倾斜光栅领域中的应用。
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