[发明专利]基于注射成型的光栅结构色功能表面的制备方法

说明书

本发明公开了基于注射成型的光栅结构色功能表面的制备方法，采用紫外光刻机与刻蚀机制备光栅结构的硅母模；对硅母模进行导电处理，在硅母模表面沉积一层金膜导电层，随后将硅母模置于电铸液作为阴极与脉冲电源负极相连，以导电镍板作为阳极与电源正极相连，开始电铸工艺，使用无水乙醇和蒸馏水超声清洗，干燥后获得表面含光栅结构的镍模芯；将镍模芯安装至注塑模具上，然后将注塑模具安装至注塑机上进行注塑，得到光栅结构色功能表面。本方法成型周期短、生产效率高、具有批量化制造潜能。

技术领域

本发明属于结构色工艺技术领域，涉及一种基于注射成型的光栅结构色功能表面的制备方法。

背景技术

自然界一些动植物表面存在精细的微纳结构，在光照时会产生绚丽多彩的颜色，称为结构色。结构色具有颜色生动、不易褪色、虹彩效应的，更重要的是，结构色制品表面不需要喷涂、表面装饰等工艺，具有环保性，在显色、防伪和装饰等领域体现出巨大的研究价值和广阔的应用前景。师从自然，科学家不断利用现代微结构成型方法制备了不同的仿生微结构，用以实现结构色的人工再现。目前常用的结构色制备方法有生物模板法、纳米压印法、飞秒激光等，上述方法虽成功制备了结构色表面，然而存在制备工艺不可控、不能大面积制造的缺陷，限制了结构色的应用。

注射成型技术作为一种模板复制技术，与上述部分制造方式机理上有一定的相似性。另外，注射成型技术具有制造成本低、成型周期短、生产效率高、具有批量化制造潜能，其针对微结构的制备在微流控、超疏水等领域已有成功的应用。但目前通过注射成型技术制备微纳米结构的功能表面并呈现出结构色还未见相关报道。因此，研究结构色功能表面的注射成型制备具有一定的科研价值和应用价值。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供一种基于注射成型的光栅结构色功能表面的制备方法，成型周期短、生产效率高、具有批量化制造潜能。

本发明所采用的技术方案是，基于注射成型的光栅结构色功能表面的制备方法，按照以下步骤进行：

步骤S1：采用紫外光刻机与刻蚀机制备光栅结构的硅母模；

步骤S2：采用高真空溅射镀膜仪对步骤S1中的硅母模进行导电处理，在硅母模表面沉积一层金膜导电层，随后将硅母模置于电铸液作为阴极与脉冲电源负极相连，以导电镍板作为阳极与电源正极相连，开始电铸工艺，电铸初期电流为0.08A，电铸时间为30min，后期电流0.25A，电铸时间为900min；电铸完成后使用无水乙醇和蒸馏水超声清洗，并充分干燥后获得表面含光栅结构的镍模芯；

步骤S3，将步骤S2制得的镍模芯安装至注塑模具上，然后将注塑模具安装至注塑机上进行注塑，注塑工艺参数为：熔体温度T_melt＝235℃、注射速率V_inj＝18cm³/s、模具温度T_mold＝120℃、保压压力P_pack＝150MPa、保压时间t_pack＝8s、背压压力P_back＝8Mpa，脱模温度T_de＝85℃，得到光栅结构色功能表面。

进一步的，所述步骤S3中，注塑工艺中，注塑材料为聚丙烯PP。

进一步的，所述步骤S1具体过程是：在玻璃基底表面加工光栅结构的掩膜版；在硅板表面覆盖一层正性光刻胶，烘烤正性光刻胶一段时间后，利用紫外光刻机透过掩膜版对光刻胶曝光；对曝光后的光刻胶进行显影和后烘处理；利用刻蚀机对显影后的硅板进行等离子刻蚀；去除未曝光处理的光刻胶得到光栅结构的硅母模。

进一步的，所述步骤S1中采用URE-2000135型紫外光刻机与NLD-570型刻蚀机，所述步骤S2中采用LEICA EM SCD 500型高真空镀溅射膜仪对硅母模进行导电处理，所述步骤S3中采用YBM-1IH型油式模温机实现注塑模具的升降温，采用SIC-3A型冷水机对注塑机进行冷却。