一种仿生PDMS曲面复眼的制备方法技术

本发明专利技术涉及仿生曲面复眼，具体为一种仿生PDMS曲面复眼的制备方法。本发明专利技术解决了现有仿生曲面复眼体积大、视场小、实用性低的问题。一种仿生PDMS曲面复眼的制备方法包括如下步骤：制备PDMS微凸透镜模；制备PDMS栅格模；制备PDMS外围包裹模；将PDMS微凸透镜模和PDMS栅格模的底部粘合在一起；将光纤插入PDMS栅格模的圆柱状空腔中；将PDMS外围包裹模粘在PDMS栅格模的外圆周上形成位于PDMS栅格模与PDMS外围包裹模之间的空腔；对空腔加压使PDMS微凸透镜模弯曲，从而得到复眼。本发明专利技术制得的复眼具有成本低、制作简单、微米尺度、纳米精度的优势，可广泛适用于三维成像检测领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及仿生曲面复眼，具体为一种仿生PDMS曲面复眼的制备方法。
技术介绍
仿生学一直是科学家们灵感的重要源泉，多年来，人们通过研究动物的形体与器官，得到启迪进而专利技术出来的科技成果不计其数。从蜻蜓的长尾得到直升机，从蝙蝠的回声定位得到雷达，从萤火虫的发光方式得到日光灯，不一而足。复眼，是一类位于昆虫头部两侧大而突出的光感受器，具有视场大、重量轻、灵敏度高、对偏振光敏感等特点，因而对其进行仿生研究将在成像检测等领域具有很大的应用前景。目前，科学工作者们虽然对复眼结构及其工作原理有了很深的认识，国内外学者也设计出了很多仿生光学复眼并制造出了许多光学系统，但是，真正具有实用性的并不多。华中科技大学曾用传统热熔工艺得到光轴垂直于基底的平面微透镜阵列，再经PDMS翻模，并在SU-8负光刻胶上进行压印，最后通过 SU-8负光刻胶自聚焦曝光的方法制作出直径50um并集成了晶椎的微透镜阵列，但该阵列为平面阵列；上海交通大学曾用柔性材料制作透镜阵列得负模，并利用压力差的方法得到曲面透镜阵列负模，最后用光敏材料注塑并固化，得到曲面透镜阵列结构；他们提出的另一种方法是直接用柔性材料制作平面微透镜阵列，再通过曲面镜头将其压制成曲面。但是，上述复眼结构体积大、视场小，而且并无晶椎或光纤引导光信号并加以检测，不具有实用性。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有仿生曲面复眼体积大、视场小、实用性低的问题，提供了一种仿生PDMS曲面复眼的制备方法。本专利技术是采用如下技术方案实现的一种仿生PDMS曲面复眼的制备方法，包括如下步骤(一)、PDMS (polydimethylsiloxane聚二甲基硅氧烷)微凸透镜模的制备 步骤1 取遮光部分为若干个直径为IOOum的小圆的第一掩膜版，若干个小圆均布在直径为Icm的大圆范围内，其中相邻小圆的间距为IOum且相邻三小圆圆心连接在一起为正三角形；步骤2 取直径为4英寸的第一圆形基片进行表面预处理(用酒精和去离子水超声波清洗十分钟)后在ISOtlC烘台上烘30min (去除表面附着的水分)再降至室温；(用勻胶机以 2500转/分转30秒)在第一圆形基片上涂一层厚度为15um的AZ4620光刻胶后放在SOtlC 烘盘上烘90分钟再降到室温；将第一圆形基片和第一掩膜板一起放入光刻机内紫外曝光 37秒，取出第一圆形基片放在显影液里显影27秒后(此时第一圆形基片上的光刻胶只留下与掩膜板上遮光部分形状相同的若干个圆柱体)得到第一圆形基片上的第一圆柱状结构； 然后把第一圆形基片取出用氮气吹干后放在80 烘盘上坚膜45分钟再降到室温；步骤3 将第一圆形基片放在140 烘盘上热熔65分钟后第一圆形基片上的圆柱状结构变成微凸透镜结构，冷却后固化成型；步骤4 取PDMS液体抽真空去除气泡后浇在第一圆形基片的微凸透镜结构上，再次抽真空去除气泡后在SOtlC烘箱内加热2小时使PDMS液体固化，揭下PDMS固态模，从而完成一次对微凸透镜结构的PDMS倒模，得到带有凹透镜结构的PDMS负模；步骤5 将PDMS负模浸泡于HPMC (Hydroxyprolymethyl cellulose羟丙基甲基纤维素)溶液中进行表面处理后再对PDMS负模进行如上所述的PDMS倒膜，得到PDMS微凸透镜模；(二)、PDMS栅格模的制备步骤1 取透光部分为若干个圆形且相邻圆形之间的间距均为25um的第二掩膜版，若干个圆形均布在直径为Icm的圆范围内；步骤2:取直径为4英寸的第二圆形基片进行表面预处理(用酒精和去离子水超声波清洗十分钟)后在ISOtlC烘台上烘30分钟(去除表面附着的水分)再降至室温；(用勻胶机500 转/分转10秒后1500转/分转30秒)在第二圆形基片上涂一层厚度为200um的SU-8负光刻胶(负光刻胶曝光显影后得到遮光部分以外的形状)；将第二圆形基片放到烘盘上从室温缓慢升至65 后停留7分钟，再升至95 后停留45分钟，接着缓慢降至室温；将第二圆形基片和第二掩膜板一起放入光刻机内进行紫外曝光35秒；将第二圆形基片放在烘盘上从室温升至65 停留5分钟，再升至95 停留15分钟，接着缓慢降至室温后放入显影液中显影15分钟，得到第二圆形基片上的第二圆柱状结构；步骤3 对第二圆柱状结构进行如第一步步骤4中所述的PDMS倒膜，得到带有圆柱状空腔的PDMS栅格模；(三)、PDMS外围包裹模的制备步骤1 取上表面中心处开有直径为2cm且高度大于Icm的盲孔的圆柱体模具，圆柱体模具上盲孔底部的中心固定有直径为Icm且高度为Icm的小圆柱体；步骤2 取PDMS溶液抽真空去除气泡后浇在圆柱体模具的盲孔内以及小圆柱体的上表面上，再抽真空去除气泡后放入SOtlC烘箱加热2小时使PDMS溶液固化，揭下PDMS固态模， 得到PDMS外围包裹模；(四)、在显微镜下将PDMS微凸透镜模和PDMS栅格模的底部均涂一层PDMS液体后粘合在一起并使PDMS栅格模上圆柱状空腔以为的部分与PDMS微凸透镜模上相邻微凸透镜之间的间隙相对应；(五)、在显微镜下将直径小于SOum的光纤插入PDMS栅格模的每个圆形栅格中，在每个圆柱状空腔内注入PDMS液体后固化使光纤固定在圆形栅格内；在PDMS外围包裹模的底部开与光纤数量相同且直径为90-100um的通孔(因PDMS材料的柔软性可用尖针扎通孔)，将光纤从通孔内引出后在PDMS栅格模的外圆周上涂一层PDMS液体，接着将PDMS外围包裹模套在PDMS栅格模的外圆周上并粘合在一起，从而形成位于PDMS栅格模与PDMS外围包裹模之间的空腔；(六)、将内置空气、PDMS液体或N0A73液体的注射泵通过管道与空腔相连并对空腔加压使PDMS微凸透镜模弯曲(根据所需曲率值确定所加压力值)，当注射泵内置空气时对空腔内注入固化液体(如PDMS液体等)使其固化成型，从而得到仿生PDMS曲面复眼。 使用时，将本专利技术制得的仿生PDMS曲面复眼中光纤的输出端与平面图像传感器粘合后放在相机或摄像机中，这时仿生PDMS曲面复眼就相当于一个具有微尺寸、大视场的镜头，可将立体图像完整的聚焦到平面图像传感器上从而将光学图像信息转化为电信号， 通过数字处理电路将立体图像在显示设备上显示出来。本专利技术成功的将性能卓越的生物器官转化为工程应用结构，实现了仿生学和微机械加工技术的结合；利用PDMS材料的柔韧性以加压的方式形成曲面复眼从而实现了曲面复眼的曲率可控；同时与光纤集成在一起可将每一个仿生小眼(PDMS微凸透镜模上的每个微凸透镜都相当于一个昆虫小眼)中得到的光信号经光纤进行传输，便于CCD等感光器件的采集与处理。本专利技术制得的仿生PDMS曲面复眼具有成本低、制作简单、微米尺度、纳米精度的优势，解决了现有仿生曲面复眼体积大、视场小、实用性低的问题，可广泛适用于三维成像检测领域。附图说明图1是本专利技术第一步中步骤1的结构示意图。图2是本专利技术第一步中步骤2的结构示意图。图3是图2的A-A剖视图。图4是本专利技术第一步中步骤3的结构示意图。图5是本专利技术第一步中步骤4的结构示意图。图6是本专利技术第一步中步骤5的结构示意图。图7是本专利技术第二步中步骤1的结构示意图。图8是本专利技术第二步中步骤2的结构示意图。图9是图8中B-B剖视图。图10是本专利技术第二步中步骤3的结构示意图。图1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘俊，王万军，唐军，张斌珍，薛晨阳，石云波，李向红，刘尧，张勇，孟祥娇，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：