[发明专利]一种多尺度可见光波段梯度折射率透镜的制备方法

权利要求书

1.一种多尺度可见光波段梯度折射率透镜的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)采用多材料电喷印3D打印机实时连续混合制备不同设定比例的己二醇二丙烯酸酯与纳米粒子的混合溶液；

2)将不同浓度的纳米粒子的混合溶液逐层电喷射至与之相匹配的成形底板或成形装置内，固化成型，即得设定折射率分布的梯度折射率透镜；

调整微量注射泵的注射速度，改变所配制液体的比例从而改变折射率；

制备微尺度的梯度折射率透镜时，多材料电喷印3D打印时采用微尺度打印模式，采用较小的气体背压和较大的电场力；制备宏尺度的梯度折射率透镜时，采用宏尺度打印模式，采用较大的气体背压和较小的电场力；

所述步骤1)中，己二醇二丙烯酸酯与纳米粒子的混合溶液是通过被动微混合器进行混合的。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述纳米粒子的粒径为5nm-40nm。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述纳米粒子相对于己二醇二丙烯酸酯具有较高的折射率，且可以均匀分散在硅烷或氟硅烷类表面活性剂中。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述纳米粒子为SiO₂纳米粒子、TiO₂纳米粒子及Fe₂O₃纳米粒子。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤1)中，己二醇二丙烯酸酯与纳米粒子的混合比例的确定为：根据所需制备梯折透镜的类型及实际应用，通过光学仿真软件对透镜的折射率分布进行优化设计，然后根据设计的透镜折射率分布情况，设定己二醇二丙烯酸酯及纳米粒子溶液的配比，并通过基础实验验证按该配比制成透镜的折射率分布情况，与所设计要求一致后，确定该两种物质的配比。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：根据所需制备梯折透镜的类型及实际应用和己二醇二丙烯酸酯及纳米粒子的混合溶液的性质，对电喷印参数与沉积成型参数进行设定。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤2)中，梯度折射率透镜的制备方法，具体包括如下步骤：

己二醇二丙烯酸酯和纳米粒子溶液按设定比例经被动微混合器混合均匀，得到第一段混合聚合物，将第一段混合聚合物按需打印至成型底板或成型装置上，并由紫外光固化灯对沉积的聚合物液滴快速固化，得到第一层透镜或第一层透镜阵列；

然后开始混合第二段混合聚合物，并将第一段混合聚合物和第二段混合聚合物之间的交叉混合聚合物排向废液池；

待交叉混合聚合物排放完全后，将微喷头位置归零，并将混合完全的第二段混合聚合物按需打印至已固化的第一层透镜或第一层透镜阵列上，得到第二层液滴，对第二层液滴进行快速固化，得到两层透镜或两层透镜阵列；

按照以上步骤进行制备，直至制得满足要求的n层透镜或透镜阵列，制得梯度折射率透镜或梯度折射率透镜阵列。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：对所述成型底板或成型装置预先进行表面改性。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：成型底板或成型装置表面的改性处理是根据成型透镜的形状的不同进行亲水、疏水、超亲水或超疏水处理。

10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：表面改性后的成型底板具有良好的透光性。

11.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：制备得到的梯度折射率透镜的类型为平凸球向梯度折射率透镜、轴向梯度折射率透镜或双凸球向梯度折射率透镜。

12.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤2)，对制备完成后的梯度折射率透镜进行相关几何及光学性能检测后，对其洁净封存。

13.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤2)中，梯度折射率透镜制备完成后，将多材料电喷印3D打印机关闭，将微量注射泵关闭，并从打印机上取下，将剩余的己二醇二丙烯酸酯及纳米粒子溶液回收；然后开启冲洗装置将被动微混合器及微喷头内的残存混合聚合物液体清洗干净。