专利名称：一种简易的pdms聚合物微透镜阵列的制备方法及应用的制作方法
技术领域：
本发明属于光学透镜制备领域，特别提供了一种简易的PDMS聚合物微透镜阵列的制备方法及应用。
背景技术：
微透镜阵列是阵列光学器件中一类重要的光学元件，它是一系列孔径在几个微米至几百微米的微小型透镜按一定排列组成的阵列，微透镜列阵具有尺寸小、重量轻、易集成等优点，在军事、科研等各个领域发挥着重要的作用。微透镜阵列制作方法主要有灰度掩模技术，激光直写技术，离子交换法、光敏玻璃热成形法、光刻胶热熔法、溶胶-凝胶法、微喷打印法、硬模或软模压印技术、光电反应刻蚀、聚焦离子束刻蚀与沉积法、化学气象沉积法等方法。近些年来，随着各种聚合物在化学、物理学、生物学以及医学中的发现和应用，人们逐渐发现其中的某些聚合物如光刻胶、PMMA (polymethyl methacrylate,聚甲基丙烯酸甲酯)、PDMS等在微光学、微机电系统和微流控中有着良好的应用前景。而聚合物微透镜也因其低成本、易制作、高性能等优点得到了人们的广泛重视。其中PDMS用于微透镜阵列的制作具有如下优点(I)它是一种弹性材料，能满足底物表面大面积成模的要求并与底物有良好接触一致性，能用于透镜的高精度制备；(2) PDMS的成模界面自由能较低且有化学惰性，制模过程中的吸附底物表面过程可逆，脱模简单；(3) PDMS是各向同性的，且具有良好地光学特性，可应用于多种光学检测系统；(4) PDMS具有很好的柔性、绝缘性、耐热性和耐久性且价格便宜。国内外已经有研究机构采用PDMS为材料制备透镜阵列，但是大多采用正性光刻胶热熔法，通过两次翻模的方法才能得到透镜阵列，步骤较为繁琐，且透镜的高度不可控。综上所述发明一种简单、快速、易于操作、易于集成，可控性强、并且价格低廉的PDMS聚合物透镜阵列具有十分重要意义的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种简易的PDMS聚合物微透镜阵列的制备方法及应用，该方法解决了以往制作工艺中存在的操作复杂、价格昂贵等问题。本发明提供了一种简易的PDMS聚合物微透镜阵列的制备方法，该方法的具体步骤如下(I)采用光刻机在掩膜下对SU-8聚合物玻璃片曝光，曝光强度10(T500mW/cm2，曝光时间为l(T200s之间，形成曝光区域和未曝光区域；(2)采用显影液乳酸乙酯对SU8进行显影，控制显影时间在f 20分钟，使未曝光的区域部分被去除；(3)将玻璃片置于6(Γ100度(优选80度)烘箱内，使未曝光的SU8聚合物发生热熔，表面变成凹透镜形状；对热熔后的SU-8聚合物模板进行整体的紫外曝光1(Γ300秒(优选120秒)，制成SU8微透镜阵列模板；(5)将未固化PDMS聚合物溶液倾倒入SU8微透镜阵列模板上，80_90摄氏度加热固化2(Γ120分钟(优选60分钟)，剥离得到PDMS聚合物透镜阵列。本发明提供的简易的PDMS聚合物微透镜阵列的制备方法，所述的制作方法的光刻蚀形式。本发明提供的简易的PDMS聚合物微透镜阵列的制备方法，所述的聚合物为PDMS聚合物或其他具有弹性的透明聚合物。本发明提供的简易的PDMS聚合物微透镜阵列的制备方法，该方法中所形成的微米至厘米级别的透镜阵列，透镜的尺寸和排列方式可以根据需要设计。
本发明提供的简易的PDMS聚合物微透镜阵列的制备方法，该方法中所形成的透镜阵列的中透镜的高度可以通过调节显影的时间来调节，显影时间越长，透镜的高度越大。本发明还提供了 PDMS聚合物微透镜阵列的应用，使用本发明提供的方法制作的PDMS聚合物透镜可以用于光学成像。本发明提供的制备PDMS聚合物微透镜阵列的方法，其优点在于I、无需昂贵的刻蚀设备；2、操作简单、快速；3、实验成本低廉；4、可与其它技术集成化。
图I为制作的PDMS聚合物微透镜阵列方法流程图，其中1涂胶，2曝光，3显影，4热熔，5热熔，6浇注PDMS，7剥离PDMS与模板，制成PDMS聚合物微透镜阵列；图2显影后玻璃基板热熔原理示意图，其中1为加热前的状态，2为加热后的状态；图3制备的SU8模板照片，其中I为PDMS聚合物透镜阵列照片，2为PDMS聚合物透镜微观图；图4制备的PDMS聚合物微透镜照片；图5显影时间为I分钟的PDMS聚合物微透镜阵列微观图；图6显影时间为2分钟的PDMS聚合物微透镜阵列微观图；图7显影时间为3分钟的PDMS聚合物微透镜阵列微观图；图8显影时间为4分钟的PDMS聚合物微透镜阵列微观图；图9显影时间为5分钟的PDMS聚合物微透镜阵列微观图；图10显影时间为10分钟的PDMS聚合物微透镜阵列微观图；图11直径50 μ m圆形微透镜成像图；图12直径40 μ m圆形微透镜成像图；图13直径30 μ m圆形微透镜成像图；图14直径20 μ m圆形微透镜成像图。
具体实施方式
下面的实施例将对本发明予以进一步的说明，但并不因此而限制本发明。实施例IPDMS聚合物透镜阵列的制备利用光刻蚀技术制作SU-8聚合物模板，模板含有直径为50微米的圆模板圆形小孔。整个PDMS聚合物透镜阵列制备流程如图I所示，将SU-8光刻胶涂于干净的玻璃片上，胶厚根据需要调节(100微米毫米)，95摄氏度加热I小时使光刻胶内的溶剂挥发；放上设计好的掩膜在紫外下曝光60秒；置于显影液乳酸乙酯内显影，显影时间根据需要调节(Γ15分钟)，然后，在80°C下加热5分钟，使剩余的未曝光的SU8光刻胶发生热熔，热熔前后的原理图如图2所示；最后在紫外光刻机下曝光120秒，制成含有圆形微孔的SU8模板(如图3所示)。将PDMS(10 1混合)倾倒在SU-8模板上，真空除气后，在80°C下加热60分钟。冷却后，将固化的PDMS剥离模板，便制成PDMS聚合物微透镜阵列(如图4所示)。实施例2不同高度PDMS聚合物透镜阵列的制备 通过控制显影时间为I分钟，2分钟，3分钟，4分钟，5分钟，10分钟，逐渐增加去除未曝光SU8光刻胶的量，实现对SU8模板中微孔深度的控制。采用不同条件模板制备的PDMS聚合物透镜阵列如图5-10所示。实施例3PDMS聚合物透镜阵列的成像研究该过程采用光学显微镜来实现，在制备的PDMS聚合物微透镜阵列下放一个物象，通过调整透镜与物象的高度，寻找合适的焦距，则可以观察到在一定区域内微透镜阵列上的每一个透镜都能显示出该物体的像，本实验的物象采用打印的字母A。同时采用不同尺寸的透镜实现大小不同的成像(成像效果如图11-14所示)。
权利要求
1.一种简易的PDMS聚合物微透镜阵列的制备方法，其特征在于该方法的具体步骤如下 (1)采用光刻机在掩膜下对SU-8聚合物玻璃片曝光，形成曝光区域和未曝光区域； (2)采用显影液对SU8进行显影，控制显影时间，使未曝光的区域部分被去除； (3)将玻璃片置于6(Γ100度烘箱内，使未曝光的SU8聚合物发生热熔，表面变成凹透镜形状； (4)对热熔后的SU-8聚合物模板进行整体的紫外曝光1(Γ300秒，制成SU8微透镜阵列模板； (5)将未固化PDMS聚合物溶液倾倒入SU8微透镜阵列模板上，80-90摄氏度加热固化20^120分钟，剥离得到PDMS聚合物透镜阵列。
2.按照权利要求I所述简易的PDMS聚合物微透镜阵列的制备方法，其特征在于所述聚合物为PDMS聚合物或其他具有弹性的透明聚合物。
3.按照权利要求I所述简易的PDMS聚合物微透镜阵列的制备方法，其特征在于所述步骤(I)的曝光条件为曝光强度10(T500mW/cm2，曝光时间为l(T200s。
4.按照权利要求I所述简易的PDMS聚合物微透镜阵列的制备方法，其特征在于所述显影液为乳酸乙酯。
5.按照权利要求I所述简易的PDMS聚合物微透镜阵列的制备方法，其特征在于所述显影时间为广20分钟。
6.按照权利要求I所述简易的PDMS聚合物微透镜阵列的制备方法，其特征在于所述微透镜阵列中透镜的高度通过调节显影的时间来调节，显影时间越长，透镜的高度越大。
7.按照权利要求I所述简易的PDMS聚合物微透镜阵列的制备方法，其特征在于所述步骤(4)的紫外曝光时间为120秒。
8.按照权利要求I所述简易的PDMS聚合物微透镜阵列的制备方法，其特征在于所述未固化PDMS聚合物溶液中单体与固化剂配比为10 :1。
9.权利要求I所述方法制备的简易的PDMS聚合物微透镜阵列应用于光学成像。
全文摘要
一种简易的PDMS聚合物微透镜阵列的制备方法及应用，采用光刻方法设计好的图形在SU8光刻胶上曝光，然后采用显影液进行显影，控制显影时间，使未曝光的SU8光刻胶部分去除；然后将其置于烘箱内进行烘烤，使其底部呈圆弧状；取出降至室温后，进行二次曝光，使SU8完全固化，便制成用于制作PDMS聚合物透镜的模板；将未固化后的PDMS聚合物溶液倒入上述的模板上，加热固化PDMS聚合物溶液，剥离PDMS芯片便制成PDMS聚合物透镜阵列；制备成的PDMS透镜可以用于光学成像等应用；本发明方法具有操作简单、快速，实验成本低廉，可与其它技术集成等优点。
文档编号G02B3/00GK102967890SQ201210470418
公开日2013年3月13日 申请日期2012年11月20日 优先权日2012年11月20日
发明者秦建华, 姜雷, 朱国丽 申请人:中国科学院大连化学物理研究所