一种PDMS材料人工复眼的制备方法技术

本发明专利技术涉及人工复眼的制备技术，具体涉及一种PDMS材料人工复眼的制备方法。本发明专利技术采用“PDMS

【技术实现步骤摘要】
一种PDMS材料人工复眼的制备方法


[0001]本专利技术涉及人工复眼的制备技术，具体涉及一种PDMS材料人工复眼的制备方法。

技术介绍

[0002]复眼存在于自然界的许多昆虫中，复眼由数千个小眼组成，每个小眼都是一个单独的成像单元，这赋予了复眼一种不同于单眼的独特的成像性能。复眼具有高分辨率成像、宽视场、以及对运动物体敏感性高等特点，这在机器人视觉、医学内窥镜、以及运动监测领域具有广泛的应用前景。目前，在仿生制备复眼结构和功能方面，开发出了许多加工方法，如飞秒激光湿法刻蚀、热回流法、基于光刻的方法等等。基于上述方法已经制备出了具有一定防水性能的人工复眼，在防雾复眼方面所涉及的内容却极少。但是防雾和疏水性在复眼成像中同样至关重要，因此如何制备同时兼具防污与抗雾性能的人工复眼是一个重大的挑战。
[0003]在实际应用中，如何同时保证复眼的高透明性和防污能力是一个亟待解决的问题。然而，在之前的研究中发现，透明性和疏水性是相互矛盾的。这是因为构建一个超疏水表面需要在表面获得粗糙结构，这种结构会增加光散射，降低光透过率，影响透明度。虽然现在有制备出透明的超疏水表面，但是其耐用性较差，容易失去疏水能力；并且由于其工艺的局限性，防雾能力更是难以实现。接下来，构建一个既能满足透明度，又能同时兼备防水和抗雾能力的表面并应用于复眼是一个重要研究方向。

技术实现思路

[0004]本专利技术提出了一种PDMS材料人工复眼的制备方法，目的在于解决现有技术制备的人工复眼表面结构耐用性能差、容易失去疏水能力以及防雾能力不足的问题，通过该方法制备出来的PDMS材料人工复眼具有更大的视场角，填充比更高，既能满足透明度要求，又能同时兼备防水、抗雾能力以及良好的耐用性能。
[0005]本专利技术受猪笼草结构的启发，在超滑表面相关领域进行了大量研究，超滑表面由于交联孔洞结构和润滑液层的存在，在不牺牲透明性的同时，具备良好的疏水能力、防雾能力以及良好的耐用性能，将超滑表面与复眼结合，有利于同时保证防雾性能和透明性。
[0006]本专利技术所采用的技术方案为：
[0007]一种PDMS材料人工复眼的制备方法，包括以下步骤：
[0008]ⅰ
)样品清洗：清洗曲面玻璃基板，烘干备用；
[0009]ⅱ
)飞秒激光改性：将飞秒激光束通过光学聚焦物镜聚焦到步骤
ⅰ
)中烘干后的曲面玻璃基板表面，将曲面玻璃基板固定在三维平移台上，通过移动三维平移台对曲面玻璃基板进行激光改性，在曲面玻璃基板的表面形成多个烧蚀弹坑；
[0010]ⅲ
)湿法刻蚀工艺：将步骤
ⅱ
)激光改性后具有烧蚀弹坑的曲面玻璃基板放置于氢氟酸溶液中，进行超声水浴化学腐蚀，使得曲面玻璃基板表面的多个烧蚀弹坑形成多个表面光滑的微凹透镜，进而得到曲面玻璃复眼模板，清洗曲面玻璃复眼模板，烘干备用；
[0011]ⅳ
)倒模：将PDMS预聚物与固化剂按照10:1的比例混合后抽干内部的气泡，接着将其浸入在步骤
ⅲ
)中制备好的曲面玻璃复眼模板中静置，然后放入高温炉中加热固化，再取出进行脱模，得到PDMS材料人工复眼结构；
[0012]ⅴ
)PDMS
‑
硅油溶胀法：将步骤
ⅳ
)中制备好的PDMS材料人工复眼浸入硅油中封存，由于所采用的硅油是与PDMS相容的溶剂，因此其分子可以浸入交联的PDMS网络中，形成注入润滑剂的光滑表面，同时PDMS材料人工复眼结构发生溶胀，体积变大并且内部的交联网络中充满了硅油，发生溶胀以后取出得到PDMS材料人工复眼。
[0013]进一步地，步骤
ⅱ
)中所使用的飞秒激光束的加工功率为5
‑
10mW，聚焦物镜为50倍物镜；
[0014]所述三维平移台的移动通过电脑程序控制实现，并且通过电脑程序控制辐照点的间距以及排列方式，采用逐点扫描的方式，在曲面玻璃基板的表面形成排列有序的多个烧蚀弹坑，相邻两个烧蚀弹坑中心之间的距离为80
‑
100um，多个烧蚀弹坑为矩形、六角形或者三角形排列。
[0015]进一步地，步骤
ⅲ
)中使用氢氟酸溶液的浓度为8％
‑
10％，超声水浴化学腐蚀温度为20
‑
30℃；
[0016]进行超声水浴化学腐蚀70
‑
90min后取出曲面玻璃基板，依次使用酒精、去离子水超声水浴清洗5min，然后放置在真空干燥箱中烘干备用。
[0017]步骤
ⅳ
)中所述静置时间为10
‑
20min；
[0018]所述高温炉中加热温度为80
‑
100℃，固化时间为2
‑
3h；
[0019]冷却脱模之后，获得表面形成微凸透镜阵列结构的PDMS材料人工复眼结构。
[0020]步骤
ⅴ
)所述硅油粘度为9
‑
11MPA
·
S；
[0021]所述PDMS材料人工复眼侵入硅油中封存时间为24
‑
48h。
[0022]进一步地，所述曲面玻璃基板材质为曲面K9玻璃。
[0023]进一步地，步骤
ⅰ
)中，将曲面K9玻璃基板依次使用丙酮、酒精、去离子水超声水浴清洗5min，清除曲面K9玻璃基板表面杂质，然后烘干备用；
[0024]步骤
ⅱ
)中，将能量为8mw、中心波长为800nm、脉宽为50fs、重复频率为1KHz的飞秒激光束通过50倍光学聚焦镜头聚焦到步骤
ⅰ
)烘干后的曲面K9玻璃基板表面，将曲面K9玻璃基板固定在三维平移台上，通过电脑程序控制三维平移台的移动，飞秒激光在每个辐照点的作用时间为500ms，采用逐点扫描的方式对曲面K9玻璃基板进行激光改性，在曲面K9玻璃基板的表面形成呈六角阵列排布的多个烧蚀弹坑，相邻两个烧蚀弹坑中心之间的距离为90um；
[0025]步骤
ⅱ
)激光改性后具有多个烧蚀弹坑的曲面K9玻璃基板置于浓度为8％的氢氟酸溶液中，在20℃温度下进行超声水浴化学腐蚀，超声水浴化学腐蚀90min后取出曲面K9玻璃基板，曲面K9玻璃基板表面的所有微凹透镜呈六角阵列排布，得到曲面K9玻璃复眼模板，然后依次使用酒精、去离子水超声水浴清洗5min，然后放置在真空干燥箱中烘干备用；
[0026]步骤
ⅳ
)中，将PDMS预聚物与固化剂按照10:1的比例混合，抽干内部的气泡后，将其缓慢浸入步骤
ⅲ
)制备好的曲面K9玻璃复眼模板，待静置10min后放入高温炉中加热到80℃固化3h，然后取出进行脱模，得到PDMS材料人工复眼结构；
[0027]步骤
ⅴ
)中，将步骤
ⅳ
)中制备好的PDMS材料人工复眼结构浸入粘度为10MPA
·...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种PDMS材料人工复眼的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
ⅰ
)样品清洗：清洗曲面玻璃基板(1)，烘干备用；
ⅱ
)飞秒激光改性：将飞秒激光束通过光学聚焦物镜聚焦到步骤
ⅰ
)中烘干后的曲面玻璃基板(1)表面，将曲面玻璃基板(1)固定在三维平移台上，通过移动三维平移台对曲面玻璃基板(1)进行激光改性，在曲面玻璃基板(1)的表面形成多个烧蚀弹坑(2)；
ⅲ
)湿法刻蚀工艺：将步骤
ⅱ
)激光改性后具有多个烧蚀弹坑(2)的曲面玻璃基板(1)放置于氢氟酸溶液中，进行超声水浴化学腐蚀，使得曲面玻璃基板(1)表面的多个烧蚀弹坑(2)形成多个表面光滑的微凹透镜(3)，进而得到曲面玻璃复眼模板，清洗曲面玻璃复眼模板，烘干备用；
ⅳ
)倒模：将PDMS预聚物与固化剂按照10:1的比例混合后抽干内部的气泡，接着将其浸入在步骤
ⅲ
)中制备好的曲面玻璃复眼模板中静置，然后放入高温炉中加热固化，再取出进行脱模，得到PDMS材料人工复眼结构(5)；
ⅴ
)PDMS
‑
硅油溶胀法：将步骤
ⅳ
)中制备好的PDMS材料人工复眼结构(5)浸入硅油中封存，取出后得到PDMS材料人工复眼。2.根据权利要求1所述的一种PDMS材料人工复眼的制备方法，其特征在于：步骤
ⅱ
)中所使用的飞秒激光束的加工功率为5
‑
10mW，聚焦物镜为50倍物镜；所述三维平移台的移动通过电脑程序控制实现，并且通过电脑程序控制辐照点的间距以及排列方式，采用逐点扫描的方式，在曲面玻璃基板(1)的表面形成排列有序的多个烧蚀弹坑(2)，相邻两个烧蚀弹坑(2)中心之间的距离为80
‑
100um，多个烧蚀弹坑(2)为矩形、六角形或者三角形排列。3.根据权利要求2所述的一种PDMS材料人工复眼的制备方法，其特征在于：步骤
ⅲ
)中使用氢氟酸溶液的浓度为8％
‑
10％，超声水浴化学腐蚀温度为20
‑
30℃；进行超声水浴化学腐蚀70
‑
90min后取出曲面玻璃基板(1)，使用酒精、去离子水超声水浴清洗5min，然后放置在真空干燥箱中烘干备用。4.根据权利要求3所述的一种PDMS材料人工复眼的制备方法，其特征在于：步骤
ⅳ
)中所述静置时间为10
‑
2...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨青，杨同震，李敏静，陈烽，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：