[发明专利]激光诱导向前转移制备结构色薄膜的装置和方法

权利要求书

1.一种激光诱导向前转移技术制备结构色薄膜的装置，其特征在于，该装置包括：激光光源、光路调节系统和精密移动系统，所述激光光源与所述光路调节系统相连接，所述精密移动系统位于所述光路调节系统的下面；所述光路调节系统包括准直扩束透镜组，与之相连接的扫描振镜系统，所述扫描振镜系统由两个互相垂直的平面反射镜、振镜控制电机以及振镜控制器组成，平面反射镜与振镜控制电机相连接，振镜控制电机与振镜控制器相连接，所述扫描振镜系统连接f-θ透镜；所述精密移动系统包括精密移动平台、运动控制器和计算机，所述计算机通过运动控制器和精密移动平台相连接，所述精密移动平台用于放置初始基片和接收基片。

2.根据权利要求1所述的激光诱导向前转移技术制备结构色薄膜的装置，其特征在于：所述激光器的输出波长355nm，脉冲宽度1～10ns，重复频率1～10kHz，最大脉冲能量>1mJ。

3.根据权利要求2所述的激光诱导向前转移技术制备结构色薄膜的装置，其特征在于：所述光路调节系统中，准直扩束透镜组由两个平凸透镜组成，对激光器发射的激光进行准直扩束后，激光光斑直径变为原来的3倍，该准直扩束透镜组与激光器直接固连在一起。

4.根据权利要求3所述的激光诱导向前转移技术制备结构色薄膜的装置，其特征在于：所述振镜扫描系统中，两个平面反射镜相互垂直，对于355nm激光全反射，可分别围绕X轴和Y轴摆动；所述振镜控制电机采用交流伺服电机，用于控制平面镜的摆动；所述振镜控制器通过振镜控制电机控制平面镜的摆动，实现激光光束在XY平面内按照预设路径移动。

5.根据权利要求1所述的激光诱导向前转移技术制备结构色薄膜的装置，其特征在于：所述f-θ透镜7镀有355nm增透膜，扫描角±15°，有效焦距300mm。

6.根据权利要求1所述的激光诱导向前转移技术制备结构色薄膜的装置，其特征在于：所述精密移动系统中，所述精密移动平台在Z轴方向上的行程范围为100mm，最大速度200mm/s，每100mm行程范围内直线度小于10μm，平直度小于15μm；所述运动控制器采用交流伺服电机，在Z轴方向上控制精密移动平台的精密移动，使其聚焦于初始基片与功能薄层的界面；所述初始基片和接收基片之间设有垫片。

7.一种激光诱导向前转移技术实现结构色薄膜制备的方法，包括如下步骤：

(1)采用旋涂、刮涂或印刷的方法在作为透明的初始基片的载玻片上制备一层功能薄层，然后将垫片置于镀有功能薄层的初始基片和接收基片之间，形成一个微小间距，该功能薄层面朝下，再将其放置于精密移动平台上；

(2)激光光源发出的光经准直扩束透镜组入射到沿X轴的平面反射镜后，发生反射，反射光入射到沿Y轴的平面反射镜，再次发生反射，反射光经f-θ透镜后投射到(1)中制备好的初始基片上；

(3)步骤(2)中的再次发生反射的反射光聚焦于步骤(1)中制备好的初始基片上，焦点位于所述初始基片与功能薄层之间的位置，激光能量透过透明的初始基片，被功能薄层吸收，使初始基片与功能薄层的界面加热，当入射激光能量超过阈值时，功能薄层中与初始基片接触部分的温度升高，达到功能薄层材料的沸点，汽化形成的蒸汽压推动其前方熔化的材料脱离初始基片并喷向接收基片，功能薄层上的材料被局部的转移到接收基片上，此过程中，根据待扫描图形的轮廓要求，在计算机指令的控制下，向XY轴振镜控制器发出指令信号，XY轴振镜控制电机分别沿X轴和Y轴做出快速、精确偏转，从而控制分别沿X轴和Y轴的平面反射镜的反射角度，使激光束发生偏转并且沿X-Y平面进行快速扫描，而精密移动系统通过计算机和运动控制器控制精密移动平台在Z轴方向上精密移动，使激光光斑聚焦于初始基片与功能薄层的界面，最终实现功能薄层以特定的图案化进行转移，使该图案化的薄层在不同观察角度下带有绚丽多彩的颜色。