[发明专利]基于PDMS-磁性纳米粒子复合薄膜的磁控微透镜阵列制造方法

说明书

【技术领域】

本发明属于微光学元件和聚合物基光学材料技术领域，具体涉及一种基于PDMS-磁性纳米粒子复合薄膜的磁控微透镜阵列的制造方法。

【背景技术】

磁流变弹性体(MagnetorheologicalElastomer,MRE)是一种应用前景广阔的智能型功能材料，一般由非磁性的弹性聚合物基体和微米级的磁性粒子组成，它的机械性能和电学性能可以通过施加外磁场控制。目前，MRE的应用主要集中于振动控制，在光学领域的应用很少。

聚合物材料聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)是物理和化学性能稳定的硅橡胶弹性体，可以用作MRE基体材料。此外，PDMS还具有一些特殊性能，例如，它的光学透明度很高；当存在形变时，它的折射率会发生显著变化；另外，PDMS的轮廓精度可达10nm以下，因而广泛应用于微纳米技术领域，如微流体系统(微流道、微泵、微阀门)、微光学系统(微透镜)等。PDMS微结构成型一般采用模铸，即先在模具上形成微纳米结构，然后将液态的PDMS预聚物和固化剂混合物注入其中，最后通过加热使PDMS固化成型。文献研究显示，用于制造微透镜的PDMS一般为纯材料,其不属于智能型功能材料。

【发明内容】

为克服现有技术存在的缺点和不足，本发明提供一种基于PDMS-磁性纳米粒子复合薄膜的磁控微透镜阵列的制造方法，将磁流变弹性体的应用拓展到光学领域。

本发明的技术方案如下：

一种基于PDMS-磁性纳米粒子复合薄膜的磁控微透镜阵列的制造方法，包括以下步骤：

A:微透镜阵列凹模板的制造：

1)采用旋涂技术将光刻胶均匀地涂在清洗过的基底上；

2)采用光刻技术在步骤1)所得的涂覆光刻胶的基底上形成光刻胶圆柱形结构阵列；

3)将步骤2)所得光刻胶圆柱形结构阵列置于烘干机上，加热至光刻胶玻璃态转化温度以上，为达到系统能量最小化，光刻胶圆柱形结构转变为球冠状结构，冷却后即得到微透镜阵列母版；

4)将PDMS预聚物和固化剂(DowCorningSylgard184)按10:1的重量比混合，搅拌均匀后将混合物注入步骤3)所得微透镜阵列母版，抽真空10分钟以去除气泡，然后置于烘干机上烘烤(烘烤温度65℃，时间4小时)，使PDMS固化成型；

5)将步骤4)所得的已固化成型的PDMS从微透镜阵列母版剥离，即得到PDMS微透镜阵列凹模板；

B：基于PDMS-磁性纳米粒子复合薄膜的磁控微透镜阵列的制造：

1)将PDMS预聚物和固化剂按10:1的重量比混合，搅拌均匀后将混合物放入40KHz超声波振荡仪中振荡25分钟去泡，同时促进其进一步充分混合；

2)将步骤1)得到的混合物与有机溶剂氯仿按1:1的重量比混合，搅拌均匀后放入40KHz超声波振荡仪中振荡10分钟，用以去除气泡，并使各成分均匀混合；

3)将磁性纳米粒子以适当的重量比与步骤2)所得溶液混合，用玻璃棒搅拌2分钟后，放入40KHz超声波振荡仪中振荡30分钟；

4)将步骤3)得到的PDMS-磁性纳米粒子混合溶液旋涂于经防粘表面处理的PDMS微透镜阵列凹模板表面；

5)将步骤4)获得的旋涂了PDMS-磁性纳米粒子混合溶液的微透镜阵列凹模板放置于500mT强磁场中5分钟，在强磁场作用下磁性纳米粒子沿磁场方向重新排列，形成纤维状微结构；

6)将经步骤5)处理后的旋涂了PDMS-磁性纳米粒子混合溶液的微透镜阵列凹模板置于烘干机上烘烤(烘烤温度150℃，时间35分钟)，当PDMS完全固化后将微透镜阵列凹模板与微透镜阵列分离，即得到基于PDMS-磁性纳米粒子复合薄膜的磁控微透镜阵列。

本发明提供了一种基于PDMS-磁性纳米粒子复合薄膜的磁控微透镜阵列的制造方法，将磁流变弹性体的应用拓展到光学领域。对于这种使用PDMS-磁性纳米粒子复合薄膜制作的微透镜，其焦距、数值孔径和光学透过率可以通过施加外磁场调节，因而成为磁控微透镜。

【附图说明】

图1为旋涂于基底上的光刻胶(AZ4620)示意图。

图2为光刻工艺的曝光工序示意图。

图3为采用光刻技术在基底上形成的光刻胶圆柱形结构阵列示意图。

图4为微透镜阵列母版示意图。

图5为注入了PDMS预聚物和固化剂混合物的微透镜阵列母版示意图。

图6为从微透镜阵列母版剥离的PDMS微透镜阵列凹模板示意图。