[发明专利]一种光栅微透镜层级结构及其制备方法

说明书

本发明公开了一种光栅微透镜层级结构，属于微纳结构技术领域，包括基底，在基底上设有微透镜阵列，在基底和微透镜阵列的表面上均设有一维周期性光栅；基底、一维周期性光栅和微透镜阵列材质相同；本发明还公开了光栅微透镜层级结构的制备方法；本发明的一种光栅微透镜层级结构，采用了丝素蛋白作为保护层，彻底避免第二次热压印对第一次热压印结构造成的损伤，能高效制备微纳层级结构，其中，丝素蛋白牺牲层提取自蚕茧，绿色环保，压印性能稳定性高、成本低廉，适合批量化工业生产；本发明的制备方法，光栅和微透镜阵列模板可由本领域传统的业已成熟的工艺制备，方法灵活多样，具备很好的实用性。

技术领域

本发明属于微纳结构技术领域，具体涉及一种光栅微透镜层级结构及其制备方法。

背景技术

近年来，随着现代科学技术的发展，对物体表面性能的要求越来越高，表面微纳结构技术以其优异独特的光学物理特性(如：光散射、疏水特性、聚焦、光学成像调整、光波整形等)得以快速发展，并在光电显示器件、光探测器件、太阳能电池和光学防伪等领域广泛应用。

微纳复合层级结构兼具两种结构的光学特性，是微纳结构领域的一个重要的研究和应用方向。调研发现，大部分微纳层级结构的研究成果都是微透镜阵列与小孔阵列相结合的仿生复眼结构，而仿生复眼结构不能实现一维周期性光栅的衍射特性，也很难应用于一维周期性光栅的常规领域，如装饰膜和防伪标签等。对于纳米和微米的层级结构制备，一般有两种方式：一是一次性制备层级结构母版，然后采用纳米压印技术进行复制转移；二是两步纳米压印方式，即分别压印纳米结构和微米结构。然而，两次分别压印会造成对第一次压印结构的损坏，难实现高质量微纳层级结构制备，尚处于探索和发展阶段，因此必须采取一定的技术手段来避免这种损伤。

综上所述，有必要提出一种新的微纳层级结构来集成一维周期性光栅和微透镜的光学特性，并开发出新的技术路径，实现高效、高质量、低成本的制备。

申请号为201410701709.4的中国发明专利(一种人工复眼结构及其制备方法)，提出了一种采用软纳米压印光刻技术制备柔性人工复眼结构的技术途径。但该结构是将微透镜阵列子眼结构置于与球冠基底上的，其球冠之间的空隙无法实现子眼结构，但是此专利提出的方法也不能实现一维周期性光栅和微透镜阵列的层级结构制备。

申请号为201610808686.6的中国发明专利(一种柔性制作曲面仿生复眼结构的方法)，提出了一种采用两次无掩膜曝光不同热熔温度的光刻胶，实现曲面复眼结构制备的方法。此专利实现的结构是复眼大透镜上分布小透镜阵列的层级结构，而且其连续两次热回流的工艺亦不能实现一维周期性光栅和微透镜阵列的层级结构制备。

申请号为201210208216.8的中国发明专利(一种复眼结构微透镜阵列的微纳制备方法)，提出采用超短脉冲激光烧蚀的方法制备复眼结构阵列的方法。此专利实现的结构同样为大透镜上分布小透镜阵列的复眼层级结构，其超短脉冲激光烧蚀的方法也同样不能实现一维周期性光栅和微透镜阵列的层级结构制备。

科技文献《Biologically inspired organic light-emitting diodes》(Nanoletters，2016，16(5)，2994-3000)提出了采用曝光热熔温度不同的光刻胶和等离子刻蚀柔性聚二甲基硅氧烷(PDMS)表面制备了仿生萤火虫微纳层级结构；此技术途径是将等离子刻蚀的随机一维光栅构筑于倾斜的微透镜阵列表面；此结构是随机一维光栅，不能实现周期光栅的干涉衍射，倾斜的微透镜也不能实现光束聚焦。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种光栅微透镜层级结构，实现一维周期性光栅和微透镜阵列的光学特性集成；本发明的另一目的在于提供其制备方法，不仅工艺简单、而且可大批量、工业化制备。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：