一种稳定自清洁复眼透镜的制造方法

本发明属于微纳制造加工技术领域，特别涉及一种稳定自清洁复眼透镜的制造方法。

背景技术：

自然界果蝇复眼是由数百个紧密排列的小眼组成的，在每个成像单元的间隙存在很多高径比很大的柔性结构，可防止外界液滴对复眼的黏连，使昆虫在潮湿环境中保持良好的视觉。受此启发，可制备类似的仿生复眼透镜，提高现有视觉系统的环境适应性。然而，受限于目前材料强度，很难制备大高径比的柱结构，此外，单一柱结构表面疏水稳定性较差，需要实现纳米结构复合以提高表面疏水稳定性。

中国专利(申请号：2020100585701，一种多级复眼透镜的制造方法)，提出一种在微柱顶部复合纳米结构的复眼透镜制备方法，该方法存在的缺点是：由于纳米结构的机械稳定性不高，这种排布方式使得样片表面受到液滴撞击或是摩擦时，纳米结构很容易遭到破坏，使样片失去自清洁功能；同时，由于纳米结构的分布范围较大，会很大程度上降低整个样片的透光性。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种稳定自清洁复眼透镜的制造方法，纳米结构定位制备在锥形阵列侧面，对样片整体光透性影响较小，可以提高结构表面疏水稳定性，可很大程度上提高样片机械稳定性。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种稳定自清洁复眼透镜的制备，包括以下步骤：

1)玻璃片依次用丙酮、酒精、去离子水清洗后，氮气吹干，将光刻胶az4620旋涂在玻璃片上，转速1000-2000r/min旋涂40-50s，95-100℃烘5-10min；重复旋涂过程，获得光刻胶薄膜，即样片一；

将圆孔间距40-100μm、直径5-20μm的掩膜板与样片一紧密压紧贴合，充分紫外光刻后不完全显影，流动去离子水充分清洗，氮气吹干，得样片二；

2)将pdms本体和固化剂质量比为10:1的液态聚合物pdms用于样片二的翻模，经过两次翻模后，得到凹微锥阵列模具，即样片三；

将noa紫外固化胶浇灌在样片三上，覆盖玻璃片压紧后，充分紫外曝光，得到微锥阵列，即样片四；

3)在样片四表面溅射厚度为20-60nm的氧化锌种子层，等离子体气相沉积氟化物20-60s，利用阵列式高精度喷印系统在微锥间隙滴落1-14次微液滴，样片90-95℃前烘10-20min，紫外曝光80-120s，95-100℃后烘25-35min，得到微透镜和微锥阵列复合结构，即样片五；

4)将5-10g六甲基四胺和11-21g硝酸锌分别溶于300-1000ml的去离子水中，搅拌均匀，然后将六甲基四胺溶液倒入硝酸锌溶液中，搅拌均匀得到混合溶液，将样片五放入混合溶液中，放入90-95℃水浴锅中水浴50-100min，得到样片六；

5)用流动去离子水充分清洗样片六，烘干后得稳定自清洁复眼透镜。

本发明的有益效果为：本发明通过控制光刻过程，制备微锥阵列；利用喷印方法实现微透镜在微椎阵列间隙的复合；利用水浴方法实现纳米结构的定位生长。此过程，通过喷印微透镜和气相沉积氟化物的方法，实现纳米种子层在微椎阵列侧壁的定位裸露，通过后续水浴，可在微椎侧壁定位生长纳米结构。这种纳米结构的分布方式对整个样片的光透性影响较小；可有效减小液滴对样片的粘附，并提高疏水稳定性；同时，在样片受到液滴撞击或是摩擦产生的剪切力或法向应力时，可避免纳米结构的破坏，提高样片的自清洁稳定性。

附图说明

图1为实施例1制备的稳定自清洁复眼透镜的电镜图。

图2为图1中p1部位的结构形貌图。

图3为图1中p2部位的结构形貌图。

图4为实施例1制备的稳定自清洁复眼透镜的聚焦性阵列图。

图5为实施例1液滴在稳定自清洁复眼透镜表面状态图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例1，一种稳定自清洁复眼透镜的制造方法，包括以下步骤：

1)玻璃片依次用丙酮、酒精、去离子水清洗后，氮气吹干，将光刻胶az4620旋涂在玻璃片上，转速1500r/min旋涂45s，95℃烘5min；重复旋涂过程，可获得光刻胶薄膜，即样片一；

将圆孔间距80μm、直径10μm的掩膜板与样片一紧密压紧贴合，充分紫外光刻后不完全显影，流动去离子水充分清洗，氮气吹干，得样片二；

2)将pdms本体和固化剂质量比为10:1的液态聚合物pdms用于样片二的翻模，经过两次翻模后，得到凹微锥阵列模具，即样片三；

将noa紫外固化胶浇灌在样片三上，覆盖玻璃片压紧后，充分紫外曝光，得到微锥阵列，即样片四；

3)在样片四表面溅射厚度约为50nm的氧化锌种子层，等离子体气相沉积氟化物40s，利用阵列式高精度喷印系统在微锥间隙滴落1次微液滴，样片90℃前烘15min，紫外曝光100s，100℃后烘30min，可得微透镜和微锥阵列复合结构，即样片五；

4)将7g六甲基四胺和15g硝酸锌分别溶于500ml的去离子水中，搅拌均匀，然后将六甲基四胺溶液倒入硝酸锌溶液中，搅拌均匀得到混合溶液，将样片五放入混合溶液中，放入90℃水浴锅中水浴80min，得到样片六；

5)用流动去离子水充分清洗样片六，烘干后得稳定自清洁复眼透镜。

参照图1、图2、图3，本实施例得到的新型复眼透镜是由纳米结构+微锥+微透镜组成的复合结构，纳米结构定位存在于微锥阵列侧壁，在提高表面疏水性的同时，具有较高的机械稳定性。此外，纳米结构在微透镜表面并无分布，对微透镜光学性能无影响，如图4所示；纳米结构在基底的稀疏离散分布，不会对整个样片的光透性产生明显影响；制备的复眼透镜具有良好的疏水特性，如图5所示。这种结构对于提高现有复眼视觉系统的环境适应性具有重要意义。

实施例2：将实施例1步骤1)改为转速1000r/min旋涂50s，95℃烘10min；圆孔间距40μm，直径5μm；将实施例1步骤3改为氧化锌种子层溅射厚度20nm，等离子体气相沉积氟化物60s，喷印1次微液滴，90℃前烘20min，紫外曝光80s，95℃后烘25min；将实施例1步骤4)改为将5g六甲基四胺和11g硝酸锌分别溶于300ml的去离子水中，放入95℃水浴锅中水浴50min。实施例2得到稳定自清洁复眼透镜与图2结构类似。

实施例3：将实施例1步骤1)改为转速1000r/min旋涂50s，95℃烘10min；圆孔间距100μm，直径20μm；将实施例1步骤3)改为氧化锌种子层溅射厚度30nm，等离子体气相沉积氟化物50s，喷印14次微液滴，90℃前烘20min，紫外曝光120s，95℃后烘25min；将实施例1步骤4)改为将10g六甲基四胺和21g硝酸锌分别溶于1000ml的去离子水中，放入90℃水浴锅中水浴100min。实施例3得到稳定自清洁复眼透镜与图2结构类似。

实施例4：将实施例1步骤1)改为转速1000r/min旋涂50s，95℃烘10min；圆孔间距60μm，直径10μm；将实施例1步骤3)改为氧化锌种子层溅射厚度40nm，等离子体气相沉积氟化物40s，喷印4次微液滴，90℃前烘20min，紫外曝光90s，95℃后烘25min；将实施例1步骤4)改为将6g六甲基四胺和13g硝酸锌分别溶于400ml的去离子水中，放入93℃水浴锅中水浴90min。实施例4得到稳定自清洁复眼透镜与图2结构类似。

实施例5：将实施例1步骤1)改为转速1000r/min旋涂50s，95℃烘10min；圆孔间距50μm，直径10μm；将实施例1步骤3)改为氧化锌种子层溅射厚度20nm，等离子体气相沉积氟化物30s，喷印6次微液滴，90℃前烘20min，紫外曝光110s，95℃后烘25min；将实施例1步骤4)改为将8g六甲基四胺和17g硝酸锌分别溶于600ml的去离子水中，放入92℃水浴锅中水浴70min。实施例5得到稳定自清洁复眼透镜与图2结构类似。

实施例6：将实施例1步骤1)改为转速2000r/min旋涂40s，100℃烘5min；圆孔间距80μm，直径15μm；将实施例1步骤3)改为氧化锌种子层溅射厚度60nm，等离子体气相沉积氟化物20s，喷印12次微液滴，95℃前烘10min，紫外曝光100s，98℃后烘35min；将实施例1步骤4)改为将9g六甲基四胺和19g硝酸锌分别溶于800ml的去离子水中，放入91℃水浴锅中水浴60min。实施例6得到稳定自清洁复眼透镜与图2结构类似。