CN113156551B - 一种稳定自清洁复眼透镜的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种稳定自清洁复眼透镜的制备,先将光刻胶旋涂在玻璃片上获得样片一;将掩膜板与样片一压紧,紫外光刻后不完全显影,清洗吹干得样片二;然后经过两次翻模后得到样片三;将NOA紫外固化胶浇灌在样片三上,覆盖玻璃片压紧后,紫外曝光得到样片四;再在样片四表面溅射氧化锌种子层,等离子体气相沉积氟化物,利用阵列式高精度喷印系统在微锥间隙滴落微液滴,烘干得到微透镜和微锥阵列复合结构的样片五;然后将六甲基四胺溶液倒入硝酸锌溶液中得到混合溶液,将样片五放入混合溶液中,水浴得到样片六;最后清洗样片六,烘干后得稳定自清洁复眼透镜;本发明纳米结构定位制备在锥形阵列侧面,对样片整体光透性影响较小,可以提高结构表面疏水稳定性。
Description
技术领域
本发明属于微纳制造加工技术领域,特别涉及一种稳定自清洁复眼透镜的制造方法。
背景技术
自然界果蝇复眼是由数百个紧密排列的小眼组成的,在每个成像单元的间隙存在很多高径比很大的柔性结构,可防止外界液滴对复眼的黏连,使昆虫在潮湿环境中保持良好的视觉。受此启发,可制备类似的仿生复眼透镜,提高现有视觉系统的环境适应性。然而,受限于目前材料强度,很难制备大高径比的柱结构,此外,单一柱结构表面疏水稳定性较差,需要实现纳米结构复合以提高表面疏水稳定性。
中国专利(申请号:2020100585701,一种多级复眼透镜的制造方法),提出一种在微柱顶部复合纳米结构的复眼透镜制备方法,该方法存在的缺点是:由于纳米结构的机械稳定性不高,这种排布方式使得样片表面受到液滴撞击或是摩擦时,纳米结构很容易遭到破坏,使样片失去自清洁功能;同时,由于纳米结构的分布范围较大,会很大程度上降低整个样片的透光性。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种稳定自清洁复眼透镜的制造方法,纳米结构定位制备在锥形阵列侧面,对样片整体光透性影响较小,可以提高结构表面疏水稳定性,可很大程度上提高样片机械稳定性。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案为:
一种稳定自清洁复眼透镜的制备,包括以下步骤:
1)玻璃片依次用丙酮、酒精、去离子水清洗后,氮气吹干,将光刻胶AZ4620旋涂在玻璃片上,转速1000-2000r/min旋涂40-50s,95-100℃烘5-10min;重复旋涂过程,获得光刻胶薄膜,即样片一;
将圆孔间距40-100μm、直径5-20μm的掩膜板与样片一紧密压紧贴合,充分紫外光刻后不完全显影,流动去离子水充分清洗,氮气吹干,得样片二;
2)将PDMS本体和固化剂质量比为10:1的液态聚合物PDMS用于样片二的翻模,经过两次翻模后,得到凹微锥阵列模具,即样片三;
将NOA紫外固化胶浇灌在样片三上,覆盖玻璃片压紧后,充分紫外曝光,得到微锥阵列,即样片四;
3)在样片四表面溅射厚度为20-60nm的氧化锌种子层,等离子体气相沉积氟化物20-60s,利用阵列式高精度喷印系统在微锥间隙滴落1-14次微液滴,样片90-95℃前烘10-20min,紫外曝光80-120s,95-100℃后烘25-35min,得到微透镜和微锥阵列复合结构,即样片五;
4)将5-10g六甲基四胺和11-21g硝酸锌分别溶于300-1000mL的去离子水中,搅拌均匀,然后将六甲基四胺溶液倒入硝酸锌溶液中,搅拌均匀得到混合溶液,将样片五放入混合溶液中,放入90-95℃水浴锅中水浴50-100min,得到样片六;
5)用流动去离子水充分清洗样片六,烘干后得稳定自清洁复眼透镜。
本发明的有益效果为:本发明通过控制光刻过程,制备微锥阵列;利用喷印方法实现微透镜在微椎阵列间隙的复合;利用水浴方法实现纳米结构的定位生长。此过程,通过喷印微透镜和气相沉积氟化物的方法,实现纳米种子层在微椎阵列侧壁的定位裸露,通过后续水浴,可在微椎侧壁定位生长纳米结构。这种纳米结构的分布方式对整个样片的光透性影响较小;可有效减小液滴对样片的粘附,并提高疏水稳定性;同时,在样片受到液滴撞击或是摩擦产生的剪切力或法向应力时,可避免纳米结构的破坏,提高样片的自清洁稳定性。
附图说明
图1为实施例1制备的稳定自清洁复眼透镜的电镜图。
图2为图1中P1部位的结构形貌图。
图3为图1中P2部位的结构形貌图。
图4为实施例1制备的稳定自清洁复眼透镜的聚焦性阵列图。
图5为实施例1液滴在稳定自清洁复眼透镜表面状态图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例1,一种稳定自清洁复眼透镜的制造方法,包括以下步骤:
1)玻璃片依次用丙酮、酒精、去离子水清洗后,氮气吹干,将光刻胶AZ4620旋涂在玻璃片上,转速1500r/min旋涂45s,95℃烘5min;重复旋涂过程,可获得光刻胶薄膜,即样片一;
将圆孔间距80μm、直径10μm的掩膜板与样片一紧密压紧贴合,充分紫外光刻后不完全显影,流动去离子水充分清洗,氮气吹干,得样片二;
2)将PDMS本体和固化剂质量比为10:1的液态聚合物PDMS用于样片二的翻模,经过两次翻模后,得到凹微锥阵列模具,即样片三;
将NOA紫外固化胶浇灌在样片三上,覆盖玻璃片压紧后,充分紫外曝光,得到微锥阵列,即样片四;
3)在样片四表面溅射厚度约为50nm的氧化锌种子层,等离子体气相沉积氟化物40s,利用阵列式高精度喷印系统在微锥间隙滴落1次微液滴,样片90℃前烘15min,紫外曝光100s,100℃后烘30min,可得微透镜和微锥阵列复合结构,即样片五;
4)将7g六甲基四胺和15g硝酸锌分别溶于500mL的去离子水中,搅拌均匀,然后将六甲基四胺溶液倒入硝酸锌溶液中,搅拌均匀得到混合溶液,将样片五放入混合溶液中,放入90℃水浴锅中水浴80min,得到样片六;
5)用流动去离子水充分清洗样片六,烘干后得稳定自清洁复眼透镜。
参照图1、图2、图3,本实施例得到的新型复眼透镜是由纳米结构+微锥+微透镜组成的复合结构,纳米结构定位存在于微锥阵列侧壁,在提高表面疏水性的同时,具有较高的机械稳定性。此外,纳米结构在微透镜表面并无分布,对微透镜光学性能无影响,如图4所示;纳米结构在基底的稀疏离散分布,不会对整个样片的光透性产生明显影响;制备的复眼透镜具有良好的疏水特性,如图5所示。这种结构对于提高现有复眼视觉系统的环境适应性具有重要意义。
实施例2:将实施例1步骤1)改为转速1000r/min旋涂50s,95℃烘10min;圆孔间距40μm,直径5μm;将实施例1步骤3改为氧化锌种子层溅射厚度20nm,等离子体气相沉积氟化物60s,喷印1次微液滴,90℃前烘20min,紫外曝光80s,95℃后烘25min;将实施例1步骤4)改为将5g六甲基四胺和11g硝酸锌分别溶于300mL的去离子水中,放入95℃水浴锅中水浴50min。实施例2得到稳定自清洁复眼透镜与图2结构类似。
实施例3:将实施例1步骤1)改为转速1000r/min旋涂50s,95℃烘10min;圆孔间距100μm,直径20μm;将实施例1步骤3)改为氧化锌种子层溅射厚度30nm,等离子体气相沉积氟化物50s,喷印14次微液滴,90℃前烘20min,紫外曝光120s,95℃后烘25min;将实施例1步骤4)改为将10g六甲基四胺和21g硝酸锌分别溶于1000mL的去离子水中,放入90℃水浴锅中水浴100min。实施例3得到稳定自清洁复眼透镜与图2结构类似。
实施例4:将实施例1步骤1)改为转速1000r/min旋涂50s,95℃烘10min;圆孔间距60μm,直径10μm;将实施例1步骤3)改为氧化锌种子层溅射厚度40nm,等离子体气相沉积氟化物40s,喷印4次微液滴,90℃前烘20min,紫外曝光90s,95℃后烘25min;将实施例1步骤4)改为将6g六甲基四胺和13g硝酸锌分别溶于400mL的去离子水中,放入93℃水浴锅中水浴90min。实施例4得到稳定自清洁复眼透镜与图2结构类似。
实施例5:将实施例1步骤1)改为转速1000r/min旋涂50s,95℃烘10min;圆孔间距50μm,直径10μm;将实施例1步骤3)改为氧化锌种子层溅射厚度20nm,等离子体气相沉积氟化物30s,喷印6次微液滴,90℃前烘20min,紫外曝光110s,95℃后烘25min;将实施例1步骤4)改为将8g六甲基四胺和17g硝酸锌分别溶于600mL的去离子水中,放入92℃水浴锅中水浴70min。实施例5得到稳定自清洁复眼透镜与图2结构类似。
实施例6:将实施例1步骤1)改为转速2000r/min旋涂40s,100℃烘5min;圆孔间距80μm,直径15μm;将实施例1步骤3)改为氧化锌种子层溅射厚度60nm,等离子体气相沉积氟化物20s,喷印12次微液滴,95℃前烘10min,紫外曝光100s,98℃后烘35min;将实施例1步骤4)改为将9g六甲基四胺和19g硝酸锌分别溶于800mL的去离子水中,放入91℃水浴锅中水浴60min。实施例6得到稳定自清洁复眼透镜与图2结构类似。
Claims (2)
1.一种稳定自清洁复眼透镜的制造方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)玻璃片依次用丙酮、酒精、去离子水清洗后,氮气吹干,将光刻胶AZ4620旋涂在玻璃片上,转速1000-2000r/min旋涂40-50s,95-100℃烘5-10min;重复旋涂过程,获得光刻胶薄膜,即样片一;
将圆孔间距40-100μm、直径5-20μm的掩膜板与样片一紧密压紧贴合,充分紫外光刻后不完全显影,流动去离子水充分清洗,氮气吹干,得样片二;
2)将PDMS本体和固化剂质量比为10:1的液态聚合物PDMS用于样片二的翻模,经过两次翻模后,得到凹微锥阵列模具,即样片三;
将NOA紫外固化胶浇灌在样片三上,覆盖玻璃片压紧后,充分紫外曝光,得到微锥阵列,即样片四;
3)在样片四表面溅射厚度为20-60nm的氧化锌种子层,等离子体气相沉积氟化物20-60s,利用阵列式高精度喷印系统在微锥间隙滴落1-14次微液滴,样片90-95℃前烘10-20min,紫外曝光80-120s,95-100℃后烘25-35min,得到微透镜和微锥阵列复合结构,即样片五;
4)将5-10g六甲基四胺和11-21g硝酸锌分别溶于300-1000mL的去离子水中,搅拌均匀,然后将六甲基四胺溶液倒入硝酸锌溶液中,搅拌均匀得到混合溶液,将样片五放入混合溶液中,放入90-95℃水浴锅中水浴50-100min,得到样片六;
5)用流动去离子水充分清洗样片六,烘干后得稳定自清洁复眼透镜;
通过喷印微透镜和气相沉积氟化物的方法,实现纳米种子层在微椎阵列侧壁的定位裸露,通过后续水浴,在微椎侧壁定位生长纳米结构,这种纳米结构的分布方式对整个样片的光透性影响小,减小液滴对样片的粘附,并提高疏水稳定性;同时,在样片受到液滴撞击或是摩擦产生的剪切力或法向应力时,避免纳米结构的破坏,提高样片的自清洁稳定性。
2.根据权利要求1所述的一种稳定自清洁复眼透镜的制造方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)玻璃片依次用丙酮、酒精、去离子水清洗后,氮气吹干,将光刻胶AZ4620旋涂在玻璃片上,转速1500r/min旋涂45s,95℃烘5min;重复旋涂过程,可获得光刻胶薄膜,即样片一;
将圆孔间距80μm、直径10μm的掩膜板与样片一紧密压紧贴合,充分紫外光刻后不完全显影,流动去离子水充分清洗,氮气吹干,得样片二;
2)将PDMS本体和固化剂质量比为10:1的液态聚合物PDMS用于样片二的翻模,经过两次翻模后,得到凹微锥阵列模具,即样片三;
将NOA紫外固化胶浇灌在样片三上,覆盖玻璃片压紧后,充分紫外曝光,得到微锥阵列,即样片四;
3)在样片四表面溅射厚度为50nm的氧化锌种子层,等离子体气相沉积氟化物40s,利用阵列式高精度喷印系统在微锥间隙滴落1次微液滴,样片90℃前烘15min,紫外曝光100s,100℃后烘30min,可得微透镜和微锥阵列复合结构,即样片五;
4)将7g六甲基四胺和15g硝酸锌分别溶于500mL的去离子水中,搅拌均匀,然后将六甲基四胺溶液倒入硝酸锌溶液中,搅拌均匀得到混合溶液,将样片五放入混合溶液中,放入90℃水浴锅中水浴80min,得到样片六;
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