一种批量生成微纳米透镜的方法

摘要

本发明涉及微纳器件制备技术，特指一种应用微纳米液滴溶解聚合物薄膜批量制备微纳米透镜的技术方法和工艺过程，具体制备方法是：首先在基底上旋涂一层聚苯乙烯(PS)薄膜；将所述PS薄膜浸没在甲苯‑乙醇混合溶液当中，然后在所述混合溶液中滴一滴去离子水滴，此时甲苯析出并溶解PS薄膜并大批量生成甲苯‑PS混合液滴，然后所述甲苯‑PS混合液滴中的甲苯会自行溶解到溶液当中，在基底上大批量得到PS材料的微纳米透镜。本发明制备过程简单，对所述微纳米透镜的尺寸，密度以及形状的可控性好。

权利要求

1.一种批量制备微纳米透镜的方法，其特征在于，首先在基底(1)上旋涂一层聚苯乙烯薄膜(2)；将所述聚苯乙烯薄膜(2)浸没在甲苯-乙醇混合溶液(3)当中，然后在所述混合溶液中滴一滴去离子水滴(4)，此时甲苯析出并溶解聚苯乙烯薄膜(2)并大批量生成甲苯-聚苯乙烯混合液滴(5)，然后所述甲苯-聚苯乙烯混合液滴(5 )中的甲苯会自行溶解到溶液当中，在基底(1)上大批量得到聚苯乙烯材料的微纳米透镜(6)。

2.根据权利要求1所述的批量制备微纳米透镜的方法，其特征在于，所述微纳米透镜(6)的尺寸和密度通过改变聚苯乙烯薄膜(2)厚度和甲苯浓度进行联合调控。

说明书

一种批量生成微纳米透镜的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及微纳器件制备领域，特指一种应用微纳米液滴溶解聚合物薄膜批量制备微纳米透镜的技术方法和工艺过程。

背景技术

[0002] 微纳米透镜是一种尺寸在纳米或微米级别的透镜，与普通的光学透镜不同，微纳米透镜微小的尺寸使其具有特殊的光学特性。微纳米透镜以其特殊的光学性能以及自身微小的球缺形状，在表面防反射，仿生镜头，大容量光存储，精密光刻以及表面拉曼增强领域都具有广阔的应用前景。并且，近年来，研究人员证实微纳米透镜能够克服光学衍射极限，提高显微光学成像的分辨率，这对于生物成像领域具有十分重要的意义。

[0003] 微纳米透镜的制备是近二十年来研究的一个热点问题。目前已有多种方法用于制备微纳米透镜，根据制备透镜数目的区别可分为单个透镜制备方法和批量透镜制备方法。单个微纳米透镜的制备方法包括晶体生长法，微球热塑形法以及悬浮颗粒聚合法等，其中晶体生长法可用于生成悬浮的微纳米透镜，但对透镜的尺寸以及形状的控制较为困难。微球热塑性法和悬浮颗粒聚合法直接在基底上制备微纳米透镜，能够对透镜的尺寸以及形状进行良好的控制，制备的透镜光学性质较好。单个透镜制备的效率较低，批量制备透镜的方法也在近年来得到了发展，例如薄膜去湿法，蘸笔法，表面褶皱法，激光膨胀法以及液滴光固化法。其中，表面褶皱法和激光膨胀法都是使高聚物薄膜产生分子重排，蘸笔法是采用针尖蘸取PDMS等光固化材料，将材料贴近基底表面之后，材料会粘在基底表面，然后通过光固化的方式对材料进行固化，得到微纳米透镜，此三种方法可以批量制备微纳米透镜，但制备的微纳米透镜形状并不是规则的球缺形状，对其光学性能存在一定的影响。薄膜去湿法是利用加热或特殊溶剂诱导高聚物薄膜的不稳定性，使薄膜自行去湿生成微纳米透镜，此方法制备的微纳米透镜具有规则的球缺形状，但目前对透镜的密度还无法得到准确的控制。
除此之外，利用溶液置换或乌佐效应的方式在基底表面生成有机液滴，然后利用光固化的方式使有机液滴固化成微纳米透镜，此方法生成的微纳米透镜形状规则，但宽高比较大，即形状不易调控。

[0004] 总之，以上微纳米透镜制备方式在透镜的形状控制以及密度控制上还有改进的余地，并且大部分方法工艺复杂，同时需要专用的设备，不利于推广使用。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于针对上述现有制备方法的不足，提出一种简单的，一步到位且无需任何精密设备的批量制备微纳米透镜的方法。

[0006] 为实现上述目的，本发明包括：提供一种批量制备微纳米透镜的方法，首先在基底(1)上旋涂一层聚苯乙烯薄膜(2)；将所述聚苯乙烯薄膜(2)浸没在甲苯-乙醇混合溶液(3)当中，然后在所述混合溶液中滴一滴去离子水滴(4)，此时甲苯析出并溶解聚苯乙烯薄膜(2)并大批量生成甲苯-聚苯乙烯混合液滴(5)，然后所述甲苯-聚苯乙烯混合液滴(5 )中的甲苯会自行溶解到溶液当中，在基底(1)上大批量得到聚苯乙烯材料的微纳米透镜(6)。

[0007] 进一步的，所述微纳米透镜(6)的尺寸和密度通过改变聚苯乙烯薄膜(2)厚度和甲苯浓度进行联合调控。

附图说明

[0008] 图1为本发明的透镜制备过程示意图；

[0009] 图2为本发明制备的微纳米透镜样本光学图像；

具体实施方式

[0010] 为使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图对本发明作进一步详细描述。

[0011] 本发明基于液滴溶解聚合物薄膜的方法，实现了简单，快速批量制备微纳米透镜，整个制备过程如图1所示，制备过程包括以下步骤：

[0012] 步骤1：如图1(a),取一块基底(1)，在所述基底(1)上旋涂一层聚苯乙烯薄膜(2)，所述基底(1)可为透明的玻璃或不透明的硅片；

[0013] 步骤2：如图1(b),将所述涂有聚苯乙烯薄膜(2)的基底(1)浸没到甲苯-乙醇混合溶液(3)当中；

[0014] 步骤3：如图1(b,c),取一滴去离子水滴(4)滴到所述甲苯-乙醇混合溶液(3)当中，此时由于所述去离子水滴(4)的加入会引起“乌佐效应”，即会生成尺寸在微纳米级别的甲苯液滴，部分所述甲苯液滴会落到所述聚苯乙烯薄膜(2)表面并溶解所述聚苯乙烯薄膜(2)，并生成包含甲苯和聚苯乙烯的混合液滴(5)；如图1(d)，待所述混合溶液(3)中的乙醇和新加入的水混合均匀之后，所述甲苯-聚苯乙烯混合液滴(5)中的甲苯会再次溶解到混合溶液当中，最终在基底(1)表面留下聚苯乙烯材料的微纳米透镜(6)。

[0015] 步骤4：如图1(e)，将所述微纳米透镜(6)连带所述基底(1)从所述混合溶液中取出，清洗并40摄氏度下烘干后可得到成型的微纳米透镜(6)。

[0016] 以上实施方式仅用于说明本发明，而并非用于限定本发明，本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明做出各种修饰和变动，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应视权利要求书范围限定。