高分子微透镜的水-冰可逆过渡转化方法制备及其应用的研究

摘要

微光学元件具有质量轻、体积小、易于阵列化等优点，因此是构成小型光电子系统的关键元件，许多传统光学器件难以实现的功能，如微小、阵列、成像和集成等，微光学元件都能弥补。由于在光学成像系统、图像传感器、光学光刻以及光通信等领域的广泛应用，微透镜阵列一直是研究的焦点。包括传统光刻技术在内的许多方法已经被开发用于制作纳米或微米尺度的微透镜，但是都面临着高成本、费时的困难。因此，亟需发展更简单、更便宜的替代技术。
　　本文基于水-冰可逆过渡转化的简单过程，制得了大面积规整的高分子聚二甲基硅氧烷（PDMS）微透镜阵列。实验中首先将所用到的石英玻璃基片置于浓硫酸与过氧化氢混合溶液中浸泡，然后使用全氟癸基三氯硅烷与正己烷溶液浸泡，以增加表面疏水性。接下来以聚苯乙烯（PS）/聚乙烯基吡咯烷酮（PVP）为膜材，氯仿为低沸点有机溶剂，以冷凝水滴为模板，在一定的条件下利用水滴模板法制备出规整的蜂窝状有序PS多孔膜。结合微压印技术，利用具有较低表面自由能和良好柔韧性能的PDMS对PS有序多孔膜进行复制，得到PDMS模板。然后利用怀特兹教授提出的不连续润湿方法以及水-冰可逆过渡转化的过程制得所需的高分子聚合物微透镜。整个实验过程技术简单，几乎不需要专业技术；制得的PDMS弹性模板不仅可以进行重复使用、不易损坏，而且成本低。利用光学显微镜和扫描电子显微镜对于制得的高分子微透镜阵列进行详细的表征，微透镜阵列形貌规整。

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第一章 绪论

1.1研究背景与意义

1.2微透镜的制备方法

1.3多孔材料的合成方法

1.4聚二甲基硅氧烷（PDMS）

1.5 研究思路与创新之处

第二章 实验原料和实验设备

2.1实验原料

2.2实验仪器及设备

2.3表征手段

第三章 高级有序多孔膜的水滴模板法的制备

3.1实验过程

3.2实验原理

3.3 PDMS弹性体对于高级有序多孔膜的复制

第四章 水-冰可逆过渡转化制备微透镜阵列

4.1 PDMS模板的再复制

4.2 水-冰过渡转化法制备微透镜阵列

4.3 微透镜阵列的形成机理

4.4 本章小结

第五章 微透镜阵列的光学特性分析

5.1 平凸型折射微透镜阵列的性质

第六章 全文总结

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢