一种光栅微透镜层级结构及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种光栅微透镜层级结构，属于微纳结构技术领域，包括基底，在基底上设有微透镜阵列，在基底和微透镜阵列的表面上均设有一维周期性光栅；基底、一维周期性光栅和微透镜阵列材质相同；本发明专利技术还公开了光栅微透镜层级结构的制备方法；本发明专利技术的一种光栅微透镜层级结构，采用了丝素蛋白作为保护层，彻底避免第二次热压印对第一次热压印结构造成的损伤，能高效制备微纳层级结构，其中，丝素蛋白牺牲层提取自蚕茧，绿色环保，压印性能稳定性高、成本低廉，适合批量化工业生产；本发明专利技术的制备方法，光栅和微透镜阵列模板可由本领域传统的业已成熟的工艺制备，方法灵活多样，具备很好的实用性。

【技术实现步骤摘要】
一种光栅微透镜层级结构及其制备方法
本专利技术属于微纳结构
，具体涉及一种光栅微透镜层级结构及其制备方法。
技术介绍
近年来，随着现代科学技术的发展，对物体表面性能的要求越来越高，表面微纳结构技术以其优异独特的光学物理特性(如：光散射、疏水特性、聚焦、光学成像调整、光波整形等)得以快速发展，并在光电显示器件、光探测器件、太阳能电池和光学防伪等领域广泛应用。微纳复合层级结构兼具两种结构的光学特性，是微纳结构领域的一个重要的研究和应用方向。调研发现，大部分微纳层级结构的研究成果都是微透镜阵列与小孔阵列相结合的仿生复眼结构，而仿生复眼结构不能实现一维周期性光栅的衍射特性，也很难应用于一维周期性光栅的常规领域，如装饰膜和防伪标签等。对于纳米和微米的层级结构制备，一般有两种方式：一是一次性制备层级结构母版，然后采用纳米压印技术进行复制转移；二是两步纳米压印方式，即分别压印纳米结构和微米结构。然而，两次分别压印会造成对第一次压印结构的损坏，难实现高质量微纳层级结构制备，尚处于探索和发展阶段，因此必须采取一定的技术手段来避免这种损伤。综上所述，有必要提出一种新的微纳层级结构来集成一维周期性光栅和微透镜的光学特性，并开发出新的技术路径，实现高效、高质量、低成本的制备。申请号为201410701709.4的中国专利技术专利(一种人工复眼结构及其制备方法)，提出了一种采用软纳米压印光刻技术制备柔性人工复眼结构的技术途径。但该结构是将微透镜阵列子眼结构置于与球冠基底上的，其球冠之间的空隙无法实现子眼结构，但是此专利提出的方法也不能实现一维周期性光栅和微透镜阵列的层级结构制备。申请号为201610808686.6的中国专利技术专利(一种柔性制作曲面仿生复眼结构的方法)，提出了一种采用两次无掩膜曝光不同热熔温度的光刻胶，实现曲面复眼结构制备的方法。此专利实现的结构是复眼大透镜上分布小透镜阵列的层级结构，而且其连续两次热回流的工艺亦不能实现一维周期性光栅和微透镜阵列的层级结构制备。申请号为201210208216.8的中国专利技术专利(一种复眼结构微透镜阵列的微纳制备方法)，提出采用超短脉冲激光烧蚀的方法制备复眼结构阵列的方法。此专利实现的结构同样为大透镜上分布小透镜阵列的复眼层级结构，其超短脉冲激光烧蚀的方法也同样不能实现一维周期性光栅和微透镜阵列的层级结构制备。科技文献《Biologicallyinspiredorganiclight-emittingdiodes》(Nanoletters，2016，16(5)，2994-3000)提出了采用曝光热熔温度不同的光刻胶和等离子刻蚀柔性聚二甲基硅氧烷(PDMS)表面制备了仿生萤火虫微纳层级结构；此技术途径是将等离子刻蚀的随机一维光栅构筑于倾斜的微透镜阵列表面；此结构是随机一维光栅，不能实现周期光栅的干涉衍射，倾斜的微透镜也不能实现光束聚焦。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的在于提供一种光栅微透镜层级结构，实现一维周期性光栅和微透镜阵列的光学特性集成；本专利技术的另一目的在于提供其制备方法，不仅工艺简单、而且可大批量、工业化制备。技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种光栅微透镜层级结构，包括基底，在所述的基底上设有微透镜阵列，在基底和微透镜阵列的表面上均设有一维周期性光栅；所述的基底、一维周期性光栅和微透镜阵列材质相同。所述的微透镜阵列在基底上的是凸起或凹陷状态。所述的材质是聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚碳酸酯。所述的一维周期性光栅的周期为100～800nm，槽深为60～100nm，占空比为0.3～0.8。所述的微透镜阵列的直径为30～120μm。一种光栅微透镜层级结构的制备方法，包括如下步骤：S1、在基底上热压印制备一维周期性光栅；S2、在制备的一维周期性光栅上涂布丝素蛋白保护牺牲层；S3、在涂布丝素蛋白保护牺牲层的一维周期性光栅上热压印微透镜阵列；S4、水洗除去丝素蛋白保护牺牲层，形成光栅微透镜层级结构。所述的一种光栅微透镜层级结构的制备方法，包括如下步骤：S1、将金属镍光栅模板放置于纳米压印系统，PET膜为基底，并将PET膜放置于压印平台，加温压印平台到150℃，施加30bar压力的同时保持3min，从而在PET膜上热压印出上述一维周期性光栅结构；S2、在一维周期性光栅结构表面涂布厚度为2μm，浓度为7％的丝素蛋白保护牺牲层；S3、将金属镍微透镜凹陷模板放置于纳米压印系统，压印平台继续保持150℃，施加40bar压力保持3.5min，在丝素蛋白保护牺牲层溶液的保护下进行第二次压印，制备出微透镜阵列；S4、将经过两次压印的PET膜放到去离子水中进行清洗，经过去离子水清洗后，丝素蛋白保护层脱离PET薄膜溶解于水中，最终制备出光栅微透镜层级结构。有益效果：与现有技术相比，本专利技术的一种光栅微透镜层级结构，采用了丝素蛋白作为保护层，彻底避免第二次热压印对第一次热压印结构造成的损伤，能高效制备微纳层级结构，其中，丝素蛋白牺牲层提取自蚕茧，绿色环保，压印性能稳定性高、成本低廉，适合批量化工业生产；本专利技术的一种光栅微透镜层级结构的制备方法，光栅和微透镜阵列模板可由本领域传统的业已成熟的工艺制备，方法灵活多样。附图说明图1是光栅微透镜层级结构制备工艺流程说明图；图2是光栅微透镜层级结构制备工艺流程示意图；图3是一维周期性光栅结构的俯视示意图；图4是微透镜阵列的俯视示意图；图5是光栅微透镜层级结构俯视示意图；图6是实施例1的光栅微透镜层级结构的剖面示意图；图7是实施例2的光栅微透镜层级结构的剖面示意图。具体实施方式为了进一步说明本专利技术，以下结合实施例对本专利技术提供的一种光栅微透镜层级结构及其制备方法进行详细描述。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外，应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。一种光栅微透镜层级结构，包括基底1，在基底1上设有微透镜阵列3，微透镜阵列3在基底1上的是凸起或凹陷状态；在基底1和微透镜阵列3的表面上均设有一维周期性光栅2；基底1、一维周期性光栅2和微透镜阵列3是相同材质，材质是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚碳酸酯(PC)。一维周期性光栅2的周期为100～800nm，槽深为60～100nm，占空比为0.3～0.8。微透镜阵列3的直径为30～120μm。一种光栅微透镜层级结构的制备方法，包括如下步骤：S1、在基底1上热压印制备一维周期性光栅2；S2、在制备的一维周期性光栅2上涂布丝素蛋白保护牺牲层；S3、在涂布丝素蛋白保护牺牲层的一维周期性光栅2上热压印微透镜阵列3；S4、水洗除去丝素蛋白保护牺牲层，形成光栅微透镜层级结构。实施例1如图1-6所示，图1和图2分别是本专利技术光栅微透镜层级结构制备工艺流程说明图和制备工艺流程示意图。下面结合图3-6，详细说明本实施例。首先准备纳米光栅和微透镜的压印母版：如图3所示，采用双光束干涉光刻技术，干涉的双光束是氦-铬激光器发出的波长为441nm的激光，双光束的夹角为60度，在玻璃基底的厚度为2μm正性光刻胶表面曝光，在体积分数为1.3％的NaOH溶液内显影10秒，经过自然风干，制备出周期为441nm，槽深3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光栅微透镜层级结构，其特征在于：包括基底(1)，在所述的基底(1)上设有微透镜阵列(3)，在基底(1)和微透镜阵列(3)的表面上均设有一维周期性光栅(2)；所述的基底(1)、一维周期性光栅(2)和微透镜阵列(3)材质相同。

【技术特征摘要】
1.一种光栅微透镜层级结构，其特征在于：包括基底(1)，在所述的基底(1)上设有微透镜阵列(3)，在基底(1)和微透镜阵列(3)的表面上均设有一维周期性光栅(2)；所述的基底(1)、一维周期性光栅(2)和微透镜阵列(3)材质相同。2.根据权利要求1所述的一种光栅微透镜层级结构，其特征在于：所述的微透镜阵列(3)在基底(1)上的是凸起或凹陷状态。3.根据权利要求1所述的一种光栅微透镜层级结构，其特征在于：所述的材质是聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚碳酸酯。4.根据权利要求1所述的一种光栅微透镜层级结构，其特征在于：所述的一维周期性光栅(2)的周期为100～800nm，槽深为60～100nm，占空比为0.3～0.8。5.根据权利要求1所述的一种光栅微透镜层级结构，其特征在于：所述的微透镜阵列(3)的直径为30～120μm。6.权利要求1-5中任意一项所述的一种光栅微透镜层级结构的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：S1、在基底(1)上热压印制备一维周期性光栅(2)；S2、在制备的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：周雷，毛安军，林毅，胡光，
申请(专利权)人：淮阴工学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32