[发明专利]一种能够可视化测量的结构色膜及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种能够可视化测量的结构色膜及其制备方法和应用，涉及激光表面微纳加工领域，该方法首先在成型透明的PDMS膜上涂覆一层墨水，墨水干燥后，会在PDMS膜表面制备一层墨水层，然后利用聚焦激光干涉光刻技术，采用超快激光器调节好相关参数后对样品进行处理，在样品表面加工出周期性的微纳沟槽阵列，得到所述的结构色表面。本发明公开了一种利用该结构色膜的制备方法，在柔性执行器上制备出结构色表面，在柔性执行器的变形过程中，对应结构色表面的颜色也会发生变化，以其相应结构色的颜色变化与变形的对应关系，实现了对柔性执行器弯曲角的非接触可视化测量。

技术领域

本发明涉及激光表面微纳加工领域，尤其涉及聚二甲基硅氧烷(PDMS)基体上结构色膜的制备方法及其应用。

背景技术

在生物启发下的表面微结构具有独特功能，比如超疏水的荷叶表面、各向异性的水稻叶表面、可收集水雾的沙漠甲壳虫表面以及绚丽多彩的蝴蝶翅膀等结构色表面作为其中的一种，是由于表面上有极薄的蜡层、刻点、沟缝或鳞片等细微结构，使光波发生折射、漫反射、衍射或干涉而产生的各种颜色。比如蝴蝶翅膀由于表面上的脊状微结构，而呈现出绚丽多彩的颜色；很多鸟类的羽毛由于表面的微结构，从特定的角度下观察时都能看到格外耀眼的亮色，换个角度颜色就会发生变化；这些结构色表面不是由色素产生，具有不褪色、环保和虹彩效应等优点，在显示、防伪、传感等领域具有广阔的应用前景，由此引起了结构色膜在相关领域的应用。因此制备出结构色膜得到了越来越多的关注，人们渴望将结构色膜应用于实验生产中，尤其是在聚二甲基硅氧烷(PDMS)膜上制备结构色表面。

聚二甲基硅氧烷(PDMS)具有防水、疏水、透光性高、生物相容性佳、制作过程简便且快速等特性，是一种透明的高弹性柔性材料，被广泛应用于生物医学工程，微流体芯片，柔性执行器等领域。作为柔性执行器的重要组成部分，PDMS所具有的高弹性的特点，可以在柔性执行器上实现较大的变形。用聚焦激光干涉技术加工PDMS膜，得到结构色膜，非常具有应用前景。

在PDMS上制备结构色表面的方法有很多，典型的方法有：二氧化硅微球自组装法，纳米压印和转印法等。微球自组装法就是将纳米级的二氧化硅微球自组装成一定结构排列成光子晶体，再倒入未固化的PDMS，使其填补微球之间的空隙，固化后用氢氟酸腐蚀去除二氧化硅微球，合成反蛋白石结构。这种方法的制作工艺复杂，还需要使用氢氟酸，会对人体和环境产生一定的伤害。纳米压印和转印，都是依赖于已有的衍射光栅，对未固化之前的柔性材料进行处理，得到与衍射光栅一样的周期结构，很难灵活的调整周期，在面对复杂图形是，需要定制衍射光栅作为模具，加工的灵活性低。

综上所述，开发出一种工艺简单，制备效率高，加工图案灵活，适用于大面积加工，且不产生任何环境污染，快速实现在固化的PDMS上制备结构色表面，是目前科研工作者亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种能够可视化测量的结构色膜及其制备方法和应用，以解决现有技术中工艺复杂技术问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供一种能够可视化测量的结构色膜，所述结构色膜具体由顶部平整的底板和覆盖在其顶部的可视化测量层构成，且所述结构色膜的顶部开设有周期性微纳米沟槽阵列，所述周期性微纳米沟槽阵列的深度不小于可视化测量层的厚度。

进一步，所述底板的制备方法具体为：

按照10：1的质量比，取液体聚二甲基硅氧烷和PDMS固化剂,混合搅拌均匀后，旋涂在载玻片上，旋涂后放在加热板上加热固化，得到固化的PDMS膜，即底板。

进一步，所述可视化测量层具体为固化在底板顶部的墨水层。

本发明还提供一种上述的结构色膜的制备方法，该方法包括以下步骤：