本發(fā)明涉及微納加工領(lǐng)域，具體涉及在曲面玻璃上制備耐久性微納結(jié)構(gòu)的方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的在曲面上進(jìn)行微納加工的方法中最有效的是激光直寫(xiě)技術(shù)。該方法利用激光焦斑在曲面上進(jìn)行掃描，使得涂覆于曲面上的光刻膠被曝光從而得到所需要的圖形。其優(yōu)點(diǎn)是可以得到任意圖形，缺點(diǎn)在于加工過(guò)程極其緩慢不適合大口徑大批量加工的需要，且所制備結(jié)構(gòu)并不具有耐久性,需要通過(guò)離子束刻蝕技術(shù)等其他后續(xù)加工手段將結(jié)構(gòu)傳遞到基底上。其它方法包括激光全息干涉法，貼花轉(zhuǎn)印方法等，這些方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，受限頗多。
軟光刻技術(shù)是一系列使用帶有微納圖案的彈性模板(典型材料為pdms)作為印章進(jìn)行微細(xì)加工的方法的總稱。由于該技術(shù)所使用的彈性模板具有很好的柔性，因此可應(yīng)用于曲面基底上微納結(jié)構(gòu)的制備。同時(shí)軟光刻技術(shù)操作起來(lái)非常簡(jiǎn)單，將來(lái)更易于向產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展。
到目前為止，利用軟光刻技術(shù)和合成的光敏溶膠凝膠材料在曲面玻璃上制備微納結(jié)構(gòu)的方法，尚未見(jiàn)公開(kāi)報(bào)道。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了攻克微細(xì)加工領(lǐng)域中難以在曲面玻璃基底上制備耐久性微納結(jié)構(gòu)的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種利用軟光刻技術(shù)和新型光敏溶膠凝膠混合玻璃材料來(lái)實(shí)現(xiàn)曲面玻璃基底上耐久性微納結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單制備的方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是：
一種在曲面玻璃上制備耐久性微納結(jié)構(gòu)的方法，包括如下步驟：
（1）合成新型光敏溶膠凝膠混合玻璃材料，合成步驟如下：將甲基丙烯酸-3-(三甲氧基硅基)丙酯(3-trimethoxysilylpropylmethacrylate)與異丙醇和水按0.04:0.048:0.053摩爾比混合，使其水解形成硅的氧化物溶膠；將金屬有機(jī)物四異丙基鈦與乙酰丙酮在氮?dú)猸h(huán)境中按照1:4的摩爾比制成鈦的氧化物溶膠，靜置30分鐘后，將配置好的兩種溶液按照特定比例（配制出與玻璃基底折射率相同的溶膠凝膠材料）進(jìn)行混合，通過(guò)調(diào)整混合溶液中鈦氧化物溶膠所占的比例可配制出不同折射率的溶膠凝膠混合玻璃材料（折射率范圍大約在1.46-2.95之間），使之與所用曲面玻璃的折射率相同；將混合后溶液置于磁力攪拌器上攪拌，24小時(shí)后即可使用，為了使sio2/tio2混合溶膠-凝膠材料具有光敏特性，加入光引發(fā)劑包括3%（按重量比）bis(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphineoxide和1%（按重量比）1-hydroxycyclohexylphenylketone，攪拌均勻后靜置30分鐘經(jīng)過(guò)濾蒸餾后可以得到具有一定粘度的光敏溶膠凝膠材料；
（2）曲面玻璃上耐久性微納結(jié)構(gòu)的制備，具體說(shuō)來(lái)，第一步，使用具有微納結(jié)構(gòu)的母版（平面曲面均可，可自制也可購(gòu)買）復(fù)制pdms軟模板，并將制成的pdms軟模板上無(wú)結(jié)構(gòu)的一面黏附到凹形曲面玻璃基底上并旋轉(zhuǎn)涂覆合成的光敏溶膠凝膠玻璃材料；第二步，將凸形曲面玻璃基底置于凹形曲面玻璃基底的pdms軟模板之上，并將兩者整體在紫外光照下進(jìn)行曝光，由于在溶膠凝膠材料中添加了光引發(fā)劑，所以經(jīng)過(guò)紫外光照射后溶膠凝膠會(huì)產(chǎn)生固聯(lián)反應(yīng)；第三步，將兩者整體置于熱板上在100℃下加熱1小時(shí)，使溶膠凝膠材料完全固化；第四步，將整個(gè)裝置從熱板上取下并冷卻至室溫，然后將凸形曲面玻璃基底與pdms軟模板分離，此時(shí)便在凸形曲面玻璃基底上制備出了耐久性的微納結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明解決了在曲面玻璃基底上制備微納結(jié)構(gòu)困難的技術(shù)問(wèn)題，最重要的是通過(guò)此種方法制備的微納結(jié)構(gòu)固化后將不再需要通過(guò)離子束刻蝕技術(shù)將結(jié)構(gòu)傳遞到基底上，且固化后的溶膠凝膠混合玻璃材料本身折射率連續(xù)可調(diào)（1.46～2.95），具有與玻璃相似的性質(zhì)，它能夠很好地與玻璃基底粘附在一起，具有極高的穩(wěn)定性。因此本發(fā)明能夠滿足在曲面基底上制備微納結(jié)構(gòu)的耐久性應(yīng)用要求，該發(fā)明所需成本極低且操作簡(jiǎn)單可行。
附圖說(shuō)明
圖1在曲面玻璃上制備耐久性微納結(jié)構(gòu)工藝流程圖
圖中：1、光刻膠，2、平面玻璃基底，3、pdms軟模板，4、凹形曲面玻璃基底，5、新型光敏溶膠凝膠材料，6、凸形曲面玻璃基底。
具體實(shí)施方式
具體實(shí)施方式：一種在曲面玻璃上制備耐久性微納結(jié)構(gòu)的方法，由以下步驟完成：
步驟一、合成新型光敏溶膠凝膠混合玻璃材料。將甲基丙烯酸-3-(三甲氧基硅基)丙酯(3-trimethoxysilylpropylmethacrylate)與異丙醇和水按0.04:0.048:0.053摩爾比混合，使其水解形成硅的氧化物溶膠。為了使sio2/tio2混合溶膠-凝膠材料具有光敏特性，加入光引發(fā)劑。過(guò)程中通過(guò)調(diào)整混合溶液中鈦氧化物溶膠所占的比例可配制出不同折射率的溶膠凝膠混合玻璃材料（折射率范圍大約在1.46-2.95之間），使之與所用曲面玻璃的折射率相同。
步驟二、利用軟光刻技術(shù)和合成的新型光敏溶膠凝膠玻璃材料在曲面玻璃基底上制備出耐久性微納結(jié)構(gòu)。第一步，使用具有微納結(jié)構(gòu)的母版復(fù)制pdms軟模板，并將制成的pdms軟模板上無(wú)結(jié)構(gòu)的一面黏附到凹形曲面玻璃基底上并旋轉(zhuǎn)涂覆合成的光敏溶膠凝膠玻璃材料；第二步，將凸形曲面玻璃基底置于凹形曲面玻璃基底的pdms軟模板之上，并將兩者整體在紫外光照下進(jìn)行曝光。第三步，將兩者整體置于熱板上在100℃下加熱1小時(shí)，使溶膠凝膠材料完全固化。第四步，將整個(gè)裝置從熱板上取下并冷卻至室溫，然后將凸形曲面玻璃基底與pdms軟模板分離，此時(shí)便在凸形曲面玻璃基底上制備出了耐久性的微納結(jié)構(gòu)。
本實(shí)施方式中步驟一所述的新型光敏溶膠凝膠混合玻璃材料所用的硅的氧化物溶膠各種材料的配置摩爾比可以采用但不僅僅局限于0.04:0.048:0.053。
本實(shí)施方式中步驟一所述的新型光敏溶膠凝膠混合玻璃材料具有被特定光照射后發(fā)生固聯(lián)的性質(zhì)；配制時(shí)加入的光引發(fā)劑包括但不僅僅局限于3%（按重量比）bis(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphineoxide和1%（按重量比）1-hydroxycyclohexylphenylketone。
本實(shí)施方式中步驟二所述的軟光刻技術(shù)所用的柔性模板的材料為聚二甲基硅烷，簡(jiǎn)稱：pdms，所述pdms由單體分子和聚合劑混合而成；所述單體分子和聚合劑的體積比為10∶1。
本實(shí)施方式中步驟二所述的紫外光曝光能量可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整。
本實(shí)施方式中步驟二所述的第三步，將兩者整體置于熱板上在100℃下加熱1小時(shí)，其加熱溫度和時(shí)間可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。
以上所述僅是本發(fā)明的實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干改進(jìn)，例如改進(jìn)新型光敏溶膠凝膠材料的配制方法或者改進(jìn)本發(fā)明中曲面基底上制備微納結(jié)構(gòu)的具體實(shí)施細(xì)節(jié)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。