一种具有耐久性超滑表面的光学玻璃及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种具有耐久性超滑表面的光学玻璃及其制备方法；解决现有技术中存在的在摩擦力和流体剪切力的作用下，超滑性能的丧失的技术问题；光学玻璃为透明的，其内部设置有舱室；且上表面上开设有多个连通舱室与上表面的毛细通孔；舱室与毛细通孔内灌装有润滑油；上述结构光学玻璃的加工方法为：步骤1：确定舱室及毛细通孔的加工区域；步骤2：基于步骤1，采用飞秒激光加工技术对光学玻璃进行加工，获得飞秒激光加工后的光学玻璃；步骤3：将获得的光学玻璃浸入腐蚀液中进行腐蚀后，进行清洗烘干，获得加工有舱室与毛细通孔的光学玻璃；步骤4：通过毛细通孔向舱室内灌注润滑油，获得具备超滑表面的光学玻璃。备超滑表面的光学玻璃。备超滑表面的光学玻璃。

【技术实现步骤摘要】
一种具有耐久性超滑表面的光学玻璃及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种具有超滑表面的光学玻璃及其制备方法，具体涉及一种具有耐久性超滑表面的光学玻璃及其制备方法。

技术介绍

[0002]超滑表面对与其润滑油不互溶的液体都具有良好的滑动特性，目前存在的超滑表面大多是受猪笼草的启发，通过模仿猪笼草壁的多孔结构，并在其中灌注硅油而制备的，这种超滑表面虽然具备良好的超滑性能，自清洁性能以及防生物吸附性能等，但是依旧存在以下缺点：
[0003]1、由于其微纳结构都分布在表面，当表面受到摩擦，挤压等力的作用时，这种微纳结构非常容易被破坏，导致其超滑性能的丧失。
[0004]2、表面的多孔结构存储硅油量较少，同时当有液滴或者流体在表面流过时，由于流体剪切力的存在，多孔结构内存储的硅油很容易被这些流过的液体带走，导致超滑性能逐渐丧失。
[0005]3、多数基底材料是不透明材质，即便是在透明材质上加工超滑表面，由于加工方法的缺陷，会使得材质丧失本身的透明性，致使超滑表面很难应用于光学系统。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是解决现有技术中存在的在摩擦力和流体剪切力的作用下，超滑性能的丧失以及由于加工方法的缺陷，会使得材质丧失本身的透明性，致使超滑表面很难应用于光学系统的技术问题，而提供一种具有耐久性超滑表面的光学玻璃及其制备方法。
[0007]本专利技术的具体方案如下：
[0008]一种具有耐久性超滑表面的光学玻璃，其特殊之处在于：
[0009]所述光学玻璃为透明光学玻璃；
[0010]所述光学玻璃内部设置有舱室；
[0011]所述光学玻璃上表面上开设有多个连通舱室与光学玻璃表面的毛细通孔；
[0012]所述舱室与毛细通孔内灌装有润滑油。由于多数基底材料是不透明材质，即便是在透明材质上加工超滑表面，由于加工方法的缺陷，会使得材质丧失本身的透明性，致使超滑表面很难应用于光学系统，采用透明的光学玻璃配合相应的加工方法可以解决上述问题。
[0013]进一步地，所述舱室为长方体结构或环型结构。
[0014]进一步地，所述润滑油为硅油或白蜡油或氟化物液体。
[0015]本专利技术还提出一种具有耐久性超滑表面的光学玻璃制备方法，其特殊之处在于，用于制备上述提出的一种具有耐久性超滑表面的光学玻璃，包括以下步骤：
[0016]步骤1：按照光学玻璃的尺寸及设计需求确定舱室及与舱室连通的毛细通孔的加工区域
[0017]1.1确定舱室的加工区域；
[0018]毛细通孔中，液面上升的高度h与毛细通孔的内径r符合以下关系：
[0019]h＝2γcosθ/(ρgr)；
[0020]其中，γ为润滑油表面张力系数，θ为润滑油与光学玻璃表面之间的固/液接触角，ρ为润滑油密度，g为重力加速度；
[0021]1.2确定毛细通孔数量及每个毛细通孔的加工区域；
[0022]所述毛细通孔数量为N，N≥2；
[0023]步骤2：飞秒激光加工
[0024]2.1将待加工光学玻璃固定在飞秒激光加工设备的三维平移台上，并在飞秒激光加工设备内输入舱室加工区域以及毛细通孔加工区域；
[0025]2.2调整激光器的离焦量，使得飞秒激光聚焦于待加工光学玻璃表面，控制三维平移台移动，使得飞秒激光聚焦于舱室加工区域，再次控制三维平移台移动，使得飞秒激光对舱室加工区域进行加工；
[0026]2.3控制三维平移台移动，使得飞秒激光对毛细通孔加工区域进行加工，获得飞秒激光加工后的光学玻璃；
[0027]步骤3：湿法刻蚀
[0028]将步骤2.3获得的光学玻璃浸入腐蚀液中进行腐蚀，完成腐蚀后取出，进行清洗烘干，获得加工有舱室与毛细通孔的光学玻璃；
[0029]步骤4：通过毛细通孔向舱室内灌注润滑油，获得具备超滑表面的光学玻璃。
[0030]进一步地，所述步骤4之后还包括步骤5：检验光学玻璃的超滑性能是否满足设计需求；
[0031]若无法满足需求，则需要倒出舱室以及毛细通孔内的润滑油，进行清洗烘干后，增大毛细通孔的数量N，确定新增毛细通孔的加工位置，并返回步骤2.3，直至超滑表面的超滑性能满足设计需求。
[0032]进一步地，所述步骤3中，所述腐蚀液为浓度为5％
‑
10％的氢氟酸或氢氧化钾或boe缓冲刻蚀剂。
[0033]进一步地，所述步骤3中，采用酒精或丙酮或去离子水对完成腐蚀后的光学玻璃进行清洗。
[0034]进一步地，所述步骤2.2中，通过飞秒激光加工设备的光学聚焦镜头将飞秒激光聚焦于待加工光学玻璃内部，所述光学聚焦镜头为显微镜物镜；
[0035]所述显微镜物镜的放大倍数为100倍，数值孔径NA值为0.85。
[0036]进一步地，所述步骤3中，氢氟酸或氢氧化钾或boe缓冲刻蚀剂的浓度为5％时，腐蚀时间为3小时；氢氟酸或氢氧化钾或boe缓冲刻蚀剂的浓度为10％时，腐蚀时间为1小时。
[0037]本专利技术的有益效果是：
[0038]1、本专利技术提出的一种具有耐久性超滑表面的光学玻璃，通过在光学玻璃内部加工舱室，以及连通舱室与光学玻璃表面的毛细通孔，并在舱室及毛细通孔内部注入润滑油，使得光学玻璃表面具备了超滑特性，在其表面形成超滑表面，并且在毛细力的作用下，舱室可以通过毛细通孔向光学玻璃表面持续供应润滑油，使得超滑表面具有很高的耐用性，在高水压环境下也可以保持其超滑性能，比起普通超滑表面仅可以承受百余次液滴滑过，使用
时间更长，液滴可以在表面上滑动的次数更多，提升其使用时间。
[0039]2、本专利技术提出的一种具有耐久性超滑表面的光学玻璃，采用透明的光学玻璃作为被加工材料，使得加工后的超滑表面在具有很高的耐用性的前提下，还保持了良好的透光性能，能够很好的应用于水下光学成像设备。
[0040]3、本专利技术提出的一种具有耐久性超滑表面的光学玻璃，选用长方体结构的舱室在灌装相同质量的润滑油时，其所需要的空间相比环形结构的舱室较小；选用环型结构的舱室，其中心处的透光率比较好，能够很好的应用于水下光学成像设备。
[0041]4、本专利技术提出的一种具有耐久性超滑表面的光学玻璃的制备方法，采用飞秒激光的加工方式的优点在于：一是对加工区周围的热影响小；二是可加工其他激光难以加工的材料，如透明材料等；三是可利用聚焦光束进行控制深度方向的内部加工。
附图说明
[0042]图1为本专利技术实施例长方体舱室的结构示意图；
[0043]图2是长方体舱室灌注硅油前的成像效果；
[0044]图3是长方体舱室灌注硅油后的成像效果；
[0045]图4是本专利技术实施例环形舱室结构的示意图；
[0046]图5是环形舱室灌注硅油前的成像效果；
[0047]图6是环形舱室灌注硅油后的成像效果；
[0048]图7是本专利技术实施例的加工流程图；
[0049]图8是现有超滑表面与采用本专利技术实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有耐久性超滑表面的光学玻璃，其特征在于：所述光学玻璃(1)为透明光学玻璃；所述光学玻璃(1)内部设置有舱室(2)；所述光学玻璃(1)上表面上开设有多个连通舱室(2)与光学玻璃(1)表面的毛细通孔(3)；所述舱室(2)与毛细通孔(3)内灌装有润滑油。2.根据权利要求1所述的一种具有耐久性超滑表面的光学玻璃，其特征在于：所述舱室(2)为长方体结构或环型结构。3.根据权利要求1或2所述的一种具有耐久性超滑表面的光学玻璃，其特征在于：所述润滑油为硅油或白蜡油或氟化物液体。4.一种具有耐久性超滑表面的光学玻璃制备方法，其特征在于，基于权利要求1
‑
3任一所述的一种具有耐久性超滑表面的光学玻璃，包括以下步骤：步骤1：按照光学玻璃(1)的尺寸及设计需求确定舱室(2)及与舱室(2)连通的毛细通孔(3)的加工区域1.1确定舱室(2)的加工区域；毛细通孔(3)中，液面上升的高度h与毛细通孔(3)的内径r满足以下关系：h＝2γcosθ/(ρgr)其中，γ为润滑油表面张力系数，θ为润滑油与光学玻璃(1)表面之间的固/液接触角，ρ为润滑油密度，g为重力加速度；1.2确定毛细通孔(3)数量及每个毛细通孔(3)的加工区域；所述毛细通孔(3)数量为N，N≥2；步骤2：飞秒激光加工2.1将待加工光学玻璃(1)固定在飞秒激光加工设备的三维平移台上，并在飞秒激光加工设备内输入舱室(2)的加工区域以及毛细通孔(3)的加工区域；2.2调整激光器的离焦量，使得飞秒激光聚焦于待加工光学玻璃(1)表面，控制三维平移台移动，使得飞秒激光聚焦于舱室(2)的加工区域，再次控制三维平移台移动，使得飞秒激光对舱室(2)加工区域进行加工；2.3控制三维平移台移动，使得飞秒激光对毛细通孔(...

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