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什麽是PDMS?

PDMS(聚二甲基矽氧烷)在室溫下是壹種無色粘稠的液體,所以被稱為矽油,是軟光刻中常用的聚合物。PDMS是壹種廉價、安全、無毒的聚合物,具有良好的透光性和高化學惰性。它是壹種高級彈性體,具有低楊氏模量。因為PDMS不附著在AZ4620或晶圓上,所以我們在實驗中利用PDMS的優良特性,將平面微透鏡陣列結構倒置,轉移到PDMS上,產生柔性圖案。

PDMS溶液必須在反向成型過程開始前準備好。因為PDMS不能在室溫下固化,所以需要添加壹種特殊的固化劑。PDMS溶液由PDMS預聚物和固化劑按質量比10:1混合而成。充分攪拌後,混合物中出現大量氣泡,在真空桶中抽真空(也可靜置40分鐘以上),直至混合氣體被完全抽走。然後將事先準備好的平面微透鏡陣列模板連接到離心機上,將少量PDMS溶液慢慢倒在微透鏡陣列上,讓其慢慢分散並去除任何氣泡,並相應調整離心機的速度和時間。為了獲得均勻厚度的PDMS網(更厚的PDMS網用於防止薄膜在後續負壓過程中下垂),這裏再次使用旋塗法。塗完壹層後,讓薄膜靜置約1分鐘,然後軟烤,加熱前尋找氣泡。如果氣泡沒有完全排出,加熱時會形成氣泡。壹旦旋塗過程完成,薄膜在65℃的烘箱中烘烤2小時。最後,去除薄膜,得到厚度約為450微米的柔性PDMS模板,凹面微透鏡陣列與微透鏡陣列相對。

首先依次組裝主體和可拆卸蓋,然後將模具安裝在防震平臺上。然後將柔性PDMS陰膜連接到加工成頂蓋的球形缺陷的頂部,然後放置並連接微流體註射室。連接真空泵以抽取空氣。此時,柔性PDMS模板在負壓下下沈,緊密貼合在封面上,形成我們需要的弧度。這裏的微孔陣列設計允許更均勻的力施加到PDMS屏幕上,使得負壓均勻地分布在屏幕上,並且最小化薄膜拉伸的各向異性。負壓穩定後,將毛細管與微流控註射泵(LSP04-1A,朗格恒流泵有限公司)連接進行鍵合。壹定量的過量通過微流體註射室的粘合劑孔和通氣孔固定,以有效地去除可能的空氣和雜質。最後,將整個器件置於紫外線設備下,壹旦成型材料固化,將其脫模以獲得彎曲的微透鏡陣列。

設計中選用Noa81(諾蘭德光學膠81,諾蘭德產品公司)作為成型材料,它具有優異的光學透過率,在可見光波長內保持90%以上的透過率,耐溶劑性高,完全固化後硬度不脆。由於其彈性,該結構可以緩解振動或環境溫度極端變化引起的應力,從而保證固化後復眼結構的長期性能。另外紫外光下的固化速度極快,最快幾十秒就完成紫外光固化,這對保護紫外光刻設備非常重要。