[发明专利]一种蝶翅仿生结构色的制备方法及系统

说明书

本发明提出一种蝶翅仿生结构色的制备方法，包括以下步骤：将衬底放置在位移台上，并将光刻胶滴涂于衬底上表面；采用激光束依次通过二维扫描振镜组件、光学系统组件、物镜后聚焦到光刻胶与衬底的交界面；通过控制入射激光的曝光剂量形成层状聚焦光斑；根据路径设计调节控制二维扫描振镜组件的摆动使聚焦出射的光束在XY平面内扫描曝光，并根据路径设计调节控制位移台在Z方向上相对于层状聚焦光斑移动，形成蝶翅仿生结构色；采用无水乙醇清洗衬底除去剩余的光刻胶，得到固化的蝶翅仿生结构色结构。本发明还提出了一种蝶翅仿生结构色的制备系统，应用上述蝶翅仿生结构色的制备方法能够高效率、高保真制备蝶翅仿生结构色。

技术领域

本发明涉及点结构色制备技术领域，更具体地，涉及一种蝶翅仿生结构色的制备方法及系统。

背景技术

结构色是一种物理颜色，与色素无关，它是指光在微纳结构中经过一系列复杂的光学现象例如发生干涉、衍射或散射等作用，最终形成我们所看见的颜色，结构色具有无污染，不会褪色的特点，在家庭装饰、太阳能电池、消费品标签及新型光电子器件方面有广阔的应用前景。蝶翅结构是一种典型的结构色，由于具有虹彩效应和角偏效应，因此在仿生结构色设计与制造中受到广泛的重视。研究发现形成该结构色最基础的结构，为截面为树状多级多层的微纳线阵列结构，人工制备蝶翅仿生结构色的关键在于获得具有可调控参数、可调控形貌的树状多级微纳阵列仿生微纳米结构。

目前制备类似结构的方法把主要包括纳米压印模板法、电子束曝光刻蚀法和激光干涉光刻法等，然而这些常规的工艺方法难以实现高精度高保真地制造得到忠实于生物结构的仿生结构，且对于如何精密地控制纳米线宽度及相邻线条之间的间距与可见光波长相比拟，如何精密地控制单个线条在纵向的层数及层间距，如何提高结构色线阵列加工效率等问题，目前的制备方法仍然存在无法满足制备要求，例如难以实现单次直写曝光就能完成大面积结构色的加工等。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的仿生结构制备方法存在精度低、效率低的缺陷，提供一种蝶翅仿生结构色的制备方法，以及一种蝶翅仿生结构色的制备系统。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种蝶翅仿生结构色的制备方法，包括以下步骤：

S1：将衬底放置在位移台上，并将光刻胶滴涂于衬底上表面；

S2：采用高斯分布的激光束依次通过二维扫描振镜组件、光学系统组件、物镜后聚焦到光刻胶样品中，其中，调节控制放置有光刻胶样品的位移台在Z方向上的移动使物镜出射的光束聚焦于光刻胶与衬底的交界面；

S3：通过控制入射激光的曝光剂量，聚焦的激光束经衬底反射导致的驻波干涉效应形成层状聚焦光斑；

S4：根据路径设计调节控制二维扫描振镜组件的摆动使经二维扫描振镜组件、光学系统组件、物镜后聚焦出射的光束在XY平面内扫描曝光，并根据路径设计调节控制位移台在Z方向上相对于层状聚焦光斑移动，形成蝶翅仿生结构色；

S5：采用无水乙醇清洗衬底，并除去衬底上表面剩余的光刻胶，得到固化的蝶翅仿生结构色结构。

本技术方案中，基于非线性光吸收或非线性光聚合原理，采用激光直写光刻技术实现小于衍射极限特征尺度的光刻，并通过调节曝光功率和曝光时间精确控制纳米线条宽度，其中，曝光功率越小以及曝光时间越短，则纳米线条宽度越小。具体地，通过上位机中预设的路径设计控制二维扫描振镜组件的摆动使入射的激光光束在XY平面内扫描，且通过物镜对扫描的入射平行激光光束进行聚焦，形成接近衍射极限的聚焦光斑，然后入射到位于衬底上方的光刻胶中，在衬底的反射导致的驻波干涉效应下在光刻胶中形成形成多层的层状聚焦光斑，再进一步结合位移台相对于层状聚焦光斑移动，形成蝶翅仿生结构色的微纳结构。

优选地，S3步骤中，通过调节入射激光的波长控制光刻胶中形成的纳米线层间距，通过调节入射激光的曝光功率和曝光时间控制光刻胶中形成的纳米线层数；其中，纳米线层间距d的计算公式如下：