一种微透镜纳米孔混合阵列结构的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微纳结构与器件制备和紫外纳米压印光刻加工领域，特别涉及一种微透镜纳米孔混合结构的微纳制备方法。
【背景技术】
[0002]微透镜阵列作为一种非常重要的微纳结构化的光学元器件，具有许多独特的光学特性。通过精确控制微透镜分布、焦距、占空比、数值孔径等参数可以实现对入射光束的扩散、整形、聚集及成像等光学调制。因此，在焦平面集光、大面积显示、激光准直、光计算、光效率增强及光互联等领域的应用越来越广泛。而且，在硬质材料(如石英、玻璃等)和软质材料(如聚甲基丙烯酸丁酯、聚碳酸酯等)上制备微透镜阵列的工艺也日益成熟，如反应离子刻蚀法、激光直写法、光刻胶回流法、热压印法和灰度掩模法等。然而，正如《Lighttrapping properties of pyramidalIy textured surfaces))(Journal of AppliedPhysics, 1987, 62(1): 243-249) “〈Accurate opto-electrical modeling of mult1-crystalline silicon wafer-based solar cells(Solar Energy Materials and SolarCells, 2014，123: 17-29)等文献报道:由于微透镜阵列的形貌尺度在微米尺度，远远大于可见光波长(300 nm?800 nm)，因此微透镜阵列无法在广角宽光谱范围内减少表面光线反射损失。
[0003]亚波长纳米阵列结构具有抑制入射光线反射，在宽波段、宽角度增强光线透射的独特优点，因而能提高光学元件的抗反射特性。然而，正如文献《Absorpt1n enhancementin ultrathin crystalline silicon solar cells with antireflect1n and light-trapping nanocone gratings))(Nano letters, 2012, 12(3): 1616-1619)等报道:亚波长纳米阵列不能实现入射光线的朗伯体散射，而且由于纳米阵列尺度在亚波长尺度(一般小于800 nm)，因此表面机械性能明显弱于微透镜阵列，容易划伤损坏。
[0004]现有技术中，文献《TheDry-Style Antifogging Properties of MosquitoCompound Eyes and Artificial Analogues Prepared by Soft Lithography》(AdvancedMaterials , 2007, 19(17): 2213-2217)和《Fabricat1n of Antireflective CompoundEyes by Imprinting》(ACS applied materials & interfaces, 2013, 5(24): 12799-12803)分别给出了各自的仿生复眼结构制备方法，结构的共同特点是将纳米阵列构建在微透镜阵列表面，实现了纳米阵列和微透镜阵列的结合，可以在广角宽光谱范围内减少表面入射光线反射损失。然而他们依然采用聚二甲基硅氧烷软纳米压印模板，其制备成本较高，不适合大面积工业化卷对卷印刷制备。而且，尽管实现了在微透镜阵列上构建亚波长纳米阵列结构而形成微纳混合结构，但是纳米阵列结构依然在微透镜阵列表面，仍然无法克服表面机械性能弱，容易划伤的缺陷。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明的目的是针对上述现有技术不足，提出一种具有制作简单，成本低廉，可大面积制作的微透镜与纳米孔阵列相结合的新光学结构元器件，能同时实现微透镜阵列和纳米阵列的光学特性和机械性能。
[0006]根据本发明的目的提出的一种微透镜纳米孔混合结构的制备方法，包括步骤:
51)利用紫外压印光刻制作微透镜阵列；
52)利用紫外纳米压印光刻制作纳米阵列；
53)在微透镜阵列层上涂布一层紫外光固化胶(UV胶)；
54)将上述制备的纳米阵列置于上述涂布的紫外光固化胶上；
55)利用所述的纳米阵列作为压印模板，通过紫外纳米压印和紫外光固化胶的自回流，在微透镜四周形成微米圆孔阵列，且微米圆孔阵列内嵌微米三角形，三角形边长范围为2 μπι?145 Mi，微米圆孔与三角形的间隔区域呈现纳米孔阵列分布，且纳米孔阵列的直径范围为100 nm?800 nm，槽深范围为300 nm-70 μπι。
[0007]优选的，所述的紫外压印光刻制作微透镜阵列，包括步骤:
在凹陷状微透镜阵列模板上涂布紫外光固化胶，凹陷状微透镜的直径在5 μπι?150 μπι之间；
在上述涂布紫外光固化胶上覆盖基底；
施加压力I?4 bar同时，在1000 mW/m2紫外光照射下，经过20?30秒后，移开基底，在基底上制备出材质为紫外光固化胶的微透镜阵列。
[0008]优选的，所述的微透镜纳米孔混合结构的制备方法，包括步骤:
以六官能聚氨酯丙稀酸酯(Six-funct1nal urethane aery late ):娃氧烧环氧(siloxane epoxy) = l: 1.05的质量比混合后，按照1: 1.15的体积比掺入到氨酯丙稀酸酯(UV-curable polyurethane acrylate)中，搅拌均勾后涂布在凹陷纳米阵列模板上；在上述涂布的氨酯丙烯酸酯上覆盖基底；
施加压力I?4 bar同时，在1000 mW/m2紫外光照射下，经过10?20秒后，移开基底，在基底上制备出材质为氨酯丙烯酸酯纳米阵列模板，纳米阵列槽深在100 nm?500 nm之间。
[0009]优选的，在所述的步骤S4)和步骤S5)的时间间隔为10-50秒。
[0010]优选的，在所述的步骤S5)中的紫外纳米压印操作的施加压力为2?5bar同时，紫外光光照强度为1000 mff/m2，光照时间为10?40秒。
[0011]优选的，所述的凹陷状微透镜阵列可以通过业已成熟的制备工艺获得:如已知的传统工艺制备，如反应离子刻蚀法、激光直写法、光刻胶回流法、热压印法和灰度掩模法等。
[0012]优选的，所述的凹陷状纳米阵列模板可以通过业已成熟的制备工艺获得:如电子束光刻，激光全息干涉、等离子刻蚀、复制天然生物样品和纳米压印等。
[0013]优选的，所述的紫外光固化胶的微透镜阵列和氨酯丙烯酸酯纳米阵列模板的基底可以是硬质材质:如石英、镍和硅片等，也可为柔性材质:如聚甲基丙烯酸丁酯、全氟聚醚、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯和聚氯乙烯等。
[0014]优选的，所述的紫外光固化胶的微透镜阵列分布状态可为四边形、六边形或环形。
[0015]优选的，所述氨酯丙烯酸酯纳米阵列模板可以为周期性、准周期或随机分布状态。
[0016]本发明与现有技术相比所具有的有益效果是:提供了一种微透镜纳米孔混合阵列结构的新光学结构元器件制备方法，能同时实现微透镜阵列和亚波长纳米阵列的光学特性和机械特性。凹陷状微透镜阵列模板和凹陷状纳米阵列模板可由传统已成熟工艺制备，方法灵活多样。压印在室温和常压下进行，适用于工业化的卷对平面、卷对卷纳米低成本、批量化制备，且氨酯丙烯酸酯纳米阵列模板可多次重复使用，压印完成后不需要冷却，节省时间，提尚了效率。
【发明内容】
[0017]有鉴于此，本发明的目的是针对上述现有技术不足，提出一种具有制作简单，成本低廉，可大面积制作的微透镜与纳米孔阵列相结合的新光学结构元器件，能同时实现微透镜阵列和纳米阵列的光学特性和机械性能。
[0018]根据本发明的目的提出的一种微透镜纳米孔混合结构的制备方法，包括步骤:
51)利用紫外压印光刻制作微透镜阵列；
52)利用紫外纳米压印光刻制作纳米阵列；
53)在微透镜阵列层上涂布一层紫外光固化胶(UV胶)；
54)将上述制备的纳米阵列置于上述涂布的紫外光固化胶上；
55)利用所述的纳米阵列作为压印模板，通过紫外纳米压印和紫外光固化胶的自回流，在微透镜四周形成微米圆孔阵列，且微米圆孔阵列内嵌微米三角形，三角形边长范围为
2μπι?145 Mi，微米圆孔与三角形的间隔区域呈现纳米孔阵列分布，且纳米孔阵列的直径范围为100 nm?800 nm，槽深范围为300 nm-70 μπι。
[0019]优选的，所述的紫外压印光刻制作微透镜阵列，包括步骤:
在凹陷状微透镜阵列模板上涂布紫外光固化胶，凹陷状微透镜的直径在5 μπι?150 μπι之间；
在上述涂布紫外光固化胶上覆盖基底；
施加压力I?4 bar同时，在1000 mW/m2紫外光照射下，经过20?30秒后，移开基底，在基底上制备出材质为紫外光固化胶的微透镜阵列。
[0020]优选的，所述的微透镜纳米孔混合结构的制备方法，包括步骤:
以六官能聚氨酯丙稀酸酯(Six-funct1nal urethane aery late ):娃氧烧环氧(siloxane epoxy) = l: 1.05的质量比混合后，按照1: 1.15的体积比掺入到氨酯丙稀酸酯(UV-curable polyurethane acrylate)中，搅拌均勾后涂布在凹陷纳米阵列模板上；在上述涂布的氨酯丙烯酸酯上覆盖基底；
施加压力I?4 bar同时，在1000 mW/m2紫外光照射下，经过10?20秒后，移开基底，在基底上制备出材质为氨酯丙烯酸酯纳米阵列模板，纳米阵列槽深在100 nm?500 nm之间。[0021 ]优选的，在所述的步骤S4)和步骤S5)的时间间隔为10-50秒。
[0022]优选的，在所述的步骤S5)中的紫外纳米压印操作的施加压力为2?5bar同时，紫外光光照强度为1000 mff/m2，光照时间为10?40秒。
[0023]优选的，所述的凹陷状微透镜阵列可以通过业已成熟的制备工艺获得:如已知的传统工艺制备，如反应离子刻蚀法、激光直写法、光刻胶回流法、热压印法和灰度掩模法等。
[0024]优选的，所述的凹陷状纳米阵列模板可以通过业已成熟的制备工艺获得:如电子束光刻，激光全息干涉、等离子刻蚀、复制天然生物样品和纳米压印等。
[0025]优选的，所述的紫外光固化胶的微透镜阵列和氨酯丙烯酸酯纳米阵列模板的基底可以是硬质材质:如石英、镍和硅片等，也可为柔性材质:如聚甲基丙烯酸丁酯、全氟聚醚、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯和聚氯乙烯等。
[0026]优选的，所述的紫外光固化胶的微透镜阵列分布状态可为四边形、六边形或环形。
[0027]优选的，所述氨酯丙烯酸酯纳米阵列模板可以为周期性、准周期或随机分布状态。
[0028]本发明与现有技术相比所具有的有益效果是:提供了一种微透镜纳米孔混合结构的新光学结构元器件制备方法，能同时实现微透镜阵列和亚波长纳米阵列的光学特性和机械特性。凹陷状微透镜阵列模板和凹陷状纳米阵列模板可由传统已成熟工艺制备，方法灵活多样。压印在室温和常压下进行，适用于工业