一种记忆合金微纳结构及制造方法

本发明涉及光学结构器件领域，特别是涉及一种记忆合金微纳结构及制造方法。

背景技术：

1、近年来，光学结构器件朝着光谱调控范围增大、功能范围跨波段、能适应服役环境复杂变化的方向发展。在自然界中，变色龙皮肤上的结构就具备宽光谱调控的特征，微纳结构的几何特征可以随着环境的变化而改变，因而改变被调控的光波段，使得跟随环境的变化而改变皮肤的色彩。可记忆变化的光调控功能才具有较大的实用价值，正如变色龙一样，当环境沿一个路径变化又回到原点时，变色龙的皮肤也能回到对应的颜色，因此，可记忆变化的光学微纳结构将在宽光谱调控中发挥重要作用。微纳结构的尺寸决定了服役波段，当光学微纳结构的尺寸发生变化时，结构色光学器件能显示不同的颜色，滤光片将能够对不同波长的光产生过滤效果，这种可记忆变化的微纳结构就具备了跨波段的宽光谱调控功能，将在光学显示、智能光电系统种发挥关键作用。

2、目前已有的可变光学微纳结构及制造技术主要针对高分子液晶材料，第一种方法是通过改变材料折射的方法形成微纳结构，第二种是通过压印法在材料上形成表面浮雕微纳结构。

3、在材料折射率改变方面，研究者利用摄影技术和液晶材料的特性，在液晶材料中诱导出周期性变化的折射率，并以此作为微纳结构。由于液晶材料具备优异的弹性，通过施加力来拉伸光电材料从而改变折射率，进而能够对不同波段的光进行调控。

4、在纳米压印浮雕结构方面，研究者首先制造模具，然后通过加热和施加压力的方式将模具表面的微纳结构复制在较软的高分子聚合物上。由于高分子聚合物通常具有很好的弹性，通过拉伸材料的方式也能够改变表面微纳结构的尺寸和形貌，从而实现宽光谱调控。

5、如上所述，通过改变材料折射率形成微纳结构的方式只能在液晶材料中实现，此外，这种微纳结构形成由于依赖光学摄影技术，因此受到衍射极限的限制无法制作尺度更小的结构。另外，依靠外力拉伸实现微纳结构的变化存在可记忆性差，精度低等缺点，在显示、滤光等光学系统中应用受限。

技术实现思路

1、为解决以上技术问题，本发明提供一种记忆合金微纳结构及制造方法，不会由于受衍射极限的限制而导致无法制作尺度更小的结构，避免了依靠外力拉伸实现微纳结构的变化而导致的可记忆性差、精度低的缺点。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明提供一种记忆合金微纳结构，所述记忆合金微纳结构采用记忆合金材质且能够实现宽光谱调控。

4、优选地，所述记忆合金微纳结构包括多个微纳单元，所述微纳单元为三棱锥结构或四棱锥结构。

5、本发明还提供一种记忆合金微纳结构的制造方法，包括以下步骤：

6、步骤一、制作出微纳结构模具；

7、步骤二、在记忆合金块的上表面涂覆光刻胶，对所述记忆合金块和所述光刻胶进行加热，采用所述微纳结构模具压印所述光刻胶，进而制作出微纳结构掩膜；

8、步骤三、通过离子束刻蚀在所述记忆合金块的表面加工出所述记忆合金微纳结构。

9、优选地，在步骤一中，在压模材料上加工出微纳结构进而制作出微纳结构压模，利用所述微纳结构压模将微纳结构转印至疏水材料上进而制作出所述微纳结构模具。

10、优选地，在步骤一中，所述压模材料为磷化镍、铜或铝，采用单点车削、铣削、高速飞切或超声振动辅助切削的方法在所述压模材料的上表面加工出微纳结构。

11、优选地，在步骤一中，将所述微纳结构压模放置在水平台上，将与所述微纳结构压模适配的套筒安装在所述微纳结构压模上，将所述疏水材料倒入所述套筒中以形成组合装置，将所述组合装置静置30分钟后放入85℃的恒温箱加热2小时，待所述疏水材料固化后将所述疏水材料与所述微纳结构压模分离，所述疏水材料的下表面复制了所述微纳结构压模上表面的微纳结构，进而制作出所述微纳结构模具。

12、优选地，在步骤二中，先在所述记忆合金块的上表面旋涂厚度为1～10微米的所述光刻胶，随后所述记忆合金块和所述光刻胶经过65℃的预热，加热到85℃后采用所述微纳结构模具压印所述光刻胶并保持30min以上，随后自然冷却降温到所述光刻胶的tg点以下，将所述微纳结构模具与所述光刻胶分离，进而制作出所述微纳结构掩膜。

13、优选地，在步骤三中，将表面制备了所述微纳结构掩膜的所述记忆合金块置于离子束刻蚀真空腔中，通过离子束的轰击下实现微纳结构从所述微纳结构掩膜到所述记忆合金块的转移，进而加工出所述记忆合金微纳结构。

14、本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

15、本发明的记忆合金微纳结构采用记忆合金材质且能够实现宽光谱调控，通过模具加工、压印成形和离子束刻蚀复合工艺在记忆合金材料表面制造出高质量微纳结构，不会由于受衍射极限的限制而导致无法制作尺度更小的结构，利用记忆合金的双程可变记忆特性，实现微纳结构特征尺寸的可记忆变化，进而实现宽光谱调控，避免了依靠外力拉伸实现微纳结构的变化而导致的可记忆性差、精度低的缺点，解决了现有光学结构器件服役波段固定且服役波段窄导致的应用场景挑剔的难题。

技术特征：

1.一种记忆合金微纳结构，其特征在于，所述记忆合金微纳结构采用记忆合金材质且能够实现宽光谱调控。

2.根据权利要求1所述的记忆合金微纳结构，其特征在于，所述记忆合金微纳结构包括多个微纳单元，所述微纳单元为三棱锥结构或四棱锥结构。

3.一种如权利要求1-2中任一项所述的记忆合金微纳结构的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的记忆合金微纳结构的制造方法，其特征在于，在步骤一中，在压模材料上加工出微纳结构进而制作出微纳结构压模，利用所述微纳结构压模将微纳结构转印至疏水材料上进而制作出所述微纳结构模具。

5.根据权利要求4所述的记忆合金微纳结构的制造方法，其特征在于，在步骤一中，所述压模材料为磷化镍、铜或铝，采用单点车削、铣削、高速飞切或超声振动辅助切削的方法在所述压模材料的上表面加工出微纳结构。

6.根据权利要求4所述的记忆合金微纳结构的制造方法，其特征在于，在步骤一中，将所述微纳结构压模放置在水平台上，将与所述微纳结构压模适配的套筒安装在所述微纳结构压模上，将所述疏水材料倒入所述套筒中以形成组合装置，将所述组合装置静置30分钟后放入85℃的恒温箱加热2小时，待所述疏水材料固化后将所述疏水材料与所述微纳结构压模分离，所述疏水材料的下表面复制了所述微纳结构压模上表面的微纳结构，进而制作出所述微纳结构模具。

7.根据权利要求3所述的记忆合金微纳结构的制造方法，其特征在于，在步骤二中，先在所述记忆合金块的上表面旋涂厚度为1～10微米的所述光刻胶，随后所述记忆合金块和所述光刻胶经过65℃的预热，加热到85℃后采用所述微纳结构模具压印所述光刻胶并保持30min以上，随后自然冷却降温到所述光刻胶的tg点以下，将所述微纳结构模具与所述光刻胶分离，进而制作出所述微纳结构掩膜。

8.根据权利要求3所述的记忆合金微纳结构的制造方法，其特征在于，在步骤三中，将表面制备了所述微纳结构掩膜的所述记忆合金块置于离子束刻蚀真空腔中，通过离子束的轰击下实现微纳结构从所述微纳结构掩膜到所述记忆合金块的转移，进而加工出所述记忆合金微纳结构。

技术总结本发明公开一种记忆合金微纳结构及制造方法，涉及光学结构器件领域，记忆合金微纳结构采用记忆合金材质且能够实现宽光谱调控，其制造方法包括以下步骤：步骤一、制作出微纳结构模具；步骤二、在记忆合金块的上表面涂覆光刻胶，对记忆合金块和光刻胶进行加热，采用微纳结构模具压印光刻胶，进而制作出微纳结构掩膜；步骤三、通过离子束刻蚀在记忆合金块的表面加工出记忆合金微纳结构。该记忆合金微纳结构不会由于受衍射极限的限制而导致无法制作尺度更小的结构，避免了依靠外力拉伸实现微纳结构的变化而导致的可记忆性差、精度低的缺点，解决了现有光学结构器件服役波段固定且服役波段窄导致的应用场景挑剔的难题。技术研发人员：贺裕鹏,余德平,张鹏,刘进伟受保护的技术使用者：四川大学技术研发日：技术公布日：2024/5/27