基于双光子聚合技术制备三维液晶聚合物微纳结构的方法

本发明涉及液晶光学，特别涉及一种基于双光子聚合技术制备三维液晶聚合物微纳结构的方法。

背景技术：

1、双光子聚合激光直写技术是目前微纳尺度3d打印中效率最高的技术之一。它利用超强激光焦点引发光聚合反应，通过纳米级精密移动台控制焦点在光敏物质内移动，从而实现对任意形状的3d物体高分辨率和高效率的打印。在过去的研究中，虽然有人利用激光直写技术制备微纳结构，但很少有人利用双光子聚合激光直写技术制备液晶聚合物三维微结构。

2、与此同时，增强/虚拟现实显示中的超轻薄显示系统也一直是一个重大挑战。传统几何光学元件在实现大视野图像和轻薄体积两个方面受到底层物理限制，全息器件作为一种平面光学器件有望解决这一问题，并且偏振全息液晶元件的自由度也成了研究的重点。

3、双光子聚合激光直写技术在液晶取向和液晶弹性体等领域具有重要的应用前景，但在液晶平面光学元件领域的研究还比较缺乏。因此，利用双光子聚合激光直写技术制备液晶平面光学元件，特别是偏振全息液晶元件，仍然是一个值得探索的问题。

4、因此，现有技术需要进行改进。

技术实现思路

1、现有技术中，双光子聚合激光直写技术在液晶取向和液晶弹性体等领域具有重要的应用前景，但在液晶平面光学元件领域的研究还比较缺乏，因此，本发明提供一种基于双光子聚合技术制备三维液晶聚合物微纳结构的方法。

2、第一方面，本发明提供了一种基于双光子聚合技术制备三维液晶聚合物微纳结构的方法，其包括以下步骤：

3、s1、提供由透明氧化铟锡玻璃和玻片构成的基板，对所述基板进行预处理，得到洁净的基板；

4、s2、将聚酰亚胺溶液旋涂在所述基板表面，预烘并固化后形成取向层；

5、s3、通过双光子聚合激光直写系统对所述取向层进行聚合激光直写加工：

6、s4、将加工后的基板去除所述玻片后进行浸泡定影，得到所述三维液晶聚合物微纳结构。

7、在一种实现方式中，在s1中，具体包括以下步骤：

8、s11、将所述基板放在超声机中超声清洁1~2h，用氮气吹干所述基板的表面，并放入烘干机中烘干；

9、s12、将烘干的基板放入紫外臭氧清洁机中，对所述基板进行表面活化，增加所述基板的表面附着力。

10、在一种实现方式中，在s2中，具体包括以下步骤：

11、s21、采用聚酰亚胺作为液晶取向层材料，将聚酰亚胺溶液旋涂在所述基板表面，在匀胶机中以800rpm的低转速旋涂5s，再以5000rpm的高转速旋涂40s；

12、s22、将旋涂完的基板放入烘箱中预烘以去除聚酰亚胺溶液中的有机溶剂；

13、s23、升温至200℃固化所述聚酰亚胺，形成取向层；

14、s24、冷却后对取向层进行摩擦。

15、在一种实现方式中，在s3中，所述双光子聚合激光直写系统采用德国nanoscribe公司生产的双光子三维光刻机。

16、在一种实现方式中，在s3中，具体包括：采用反射模式，调整物镜位置，使激光聚焦在透明氧化铟锡玻璃取向层一侧，将所需加工结构的文件导入所述双光子聚合激光直写系统的运行软件中，调整激光加工参数，通过控制系统发出指令进行聚合激光直写。

17、在一种实现方式中，在s3前，还包括以下步骤：

18、s31、以透明氧化铟锡玻璃涂覆摩擦取向层一侧作为液晶盒的下基板，在其表面喷洒直径为10μm的间隔粒子；

19、s32、以涂覆摩擦取向层一侧的玻片作为液晶盒的上基板，以摩擦方向反向平行的方式压合透明氧化铟锡玻璃和玻片，形成液晶盒；

20、s33、将组装好的液晶盒放在紫外灯下照射固化；

21、s34、将固化后的液晶盒放在70℃加热台上，取可聚合液晶滴在液晶盒一侧边缘，使得所述可聚合液晶会被吸入液晶盒中，均匀灌满所述液晶盒。

22、在一种实现方式中，在s4中，具体包括：将加工后的基板去除所述玻片，将所述透明氧化铟锡玻璃及加工在上面的液晶聚合物结构浸泡在丙二醇甲醚醋酸酯溶液，保留能够发生聚合反应的可聚合液晶，通过异丙醇溶液进行浸泡定影，挥发残余溶剂后得到所述三维液晶聚合物微纳结构。

23、第二方面，本发明还提供一种三维液晶聚合物微纳结构，其采用上述的基于双光子聚合技术制备三维液晶聚合物微纳结构的方法制成。

24、有益效果：本发明提供的基于双光子聚合技术制备三维液晶聚合物微纳结构的方法能够制得具有垂直方向制备自由度的液晶聚合物器件，其制备过程无需复杂的互补金属氧化物半导体背板驱动单个像素，器件加工更为简便，结合液晶的电控双折射效应，仅通过加电可切换不同的相位模式，展示了代替可编程式空间光调制器的可能性。基于双光子聚合激光直写技术制备的三维液晶聚合物微纳结构，具有高集成度、高精度以及高自由度的特点，可以应用于增强/虚拟现实显示、光学器件等领域，具有很高的应用前景。

技术特征：

1.一种基于双光子聚合技术制备三维液晶聚合物微纳结构的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于双光子聚合技术制备三维液晶聚合物微纳结构的方法，其特征在于，在s1中，具体包括以下步骤：

3.根据权利要求1所述的基于双光子聚合技术制备三维液晶聚合物微纳结构的方法，其特征在于，在s2中，具体包括以下步骤：

4.根据权利要求1所述的基于双光子聚合技术制备三维液晶聚合物微纳结构的方法，其特征在于，在s3中，所述双光子聚合激光直写系统采用德国nanoscribe公司生产的双光子三维光刻机。

5.根据权利要求1所述的基于双光子聚合技术制备三维液晶聚合物微纳结构的方法，其特征在于，在s3中，具体包括：采用反射模式，调整物镜位置，使激光聚焦在透明氧化铟锡玻璃取向层一侧，将所需加工结构的文件导入所述双光子聚合激光直写系统的运行软件中，调整激光加工参数，通过控制系统发出指令进行聚合激光直写。

6.根据权利要求1所述的基于双光子聚合技术制备三维液晶聚合物微纳结构的方法，其特征在于，在s3前，还包括以下步骤：

7.根据权利要求1所述的基于双光子聚合技术制备三维液晶聚合物微纳结构的方法，其特征在于，在s4中，具体包括：将加工后的基板去除所述玻片，将所述透明氧化铟锡玻璃及加工在上面的液晶聚合物结构浸泡在丙二醇甲醚醋酸酯溶液，保留能够发生聚合反应的可聚合液晶，通过异丙醇溶液进行浸泡定影，挥发残余溶剂后得到所述三维液晶聚合物微纳结构。

8.一种三维液晶聚合物微纳结构，其特征在于，其采用权利要求1~7任意一项所述的基于双光子聚合技术制备三维液晶聚合物微纳结构的方法制成。

技术总结本发明涉及一种基于双光子聚合技术制备三维液晶聚合物微纳结构的方法，其包括以下步骤：提供由透明氧化铟锡玻璃和玻片构成的基板，对所述基板进行预处理，得到洁净的基板；将聚酰亚胺溶液旋涂在所述基板表面，预烘并固化后形成取向层；通过双光子聚合激光直写系统对所述取向层进行聚合激光直写加工：将加工后的基板去除所述玻片后进行浸泡定影，得到所述三维液晶聚合物微纳结构。本发明提供的基于双光子聚合激光直写技术制备的三维液晶聚合物微纳结构，具有高集成度、高精度以及高自由度的特点，可以应用于增强/虚拟现实显示、光学器件等领域，具有很高的应用前景。技术研发人员：邹鑫,张万隆,谢振威,袁小聪受保护的技术使用者：深圳大学技术研发日：技术公布日：2024/9/9