[发明专利]利用整片蝴蝶翅膀制作大面积、高精度薄膜型光栅器件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种直接利用生物表面制作光栅器件的制作方法，更特别地说，是指一种利用整片蝴蝶翅膀制作大面积、高精度薄膜型光栅器件的方法，属于仿生制造技术领域。

背景技术

蝴蝶是一种种类繁多、色彩斑斓的鳞翅目昆虫，全世界已发现17000余种，仅中国就有1300余种。蝴蝶翅膀上绚丽多彩的颜色或光泽主要用于伪装、恫吓、吸引异性等，普通的蝶翅颜色多为由化学色素构成的化学色，而带有光泽的颜色则为物理色或称结构色，是指由微结构本身的光特性所呈现出的带有各向异性的色彩。几乎所有的蝴蝶翅膀均由半透明的膜和覆于其上规则排布的若干细小鳞片构成，而鳞片表面布满宽度为几微米的等间距平行沟槽。当前，对具有化学色或物理色的蝴蝶翅膀进行微结构复制在光学微纳器件制造、吸波吸声材料制造、光伪装材料及其他功能材料制造领域具有重要的实际应用价值。例如，申请号为201410127205.6的中国专利公开了一种直接由薄脆型生物表面反向电铸出仿生复型表面的方法；申请号为20121024412.1的中国专利公开了一种基于蝴蝶翅膀单个鳞片生物模板制备磁性光子晶体的方法；申请号为20101057747.2的中国专利公开了一种具有蝴蝶翅膀光子晶体结构导电聚合物的制备方法。

以光栅器件为例，光栅器件是指刻有大量平行等宽、等距狭缝或刻线的透光或不透光的光学元件。因此，从结构及尺寸角度考量，利用蝴蝶翅膀辅助制造薄膜光栅器件具有一定的可行性。上述有关利用蝴蝶翅膀制造仿生器件或光学元件的方法有一定的参考价值，但上述方法多局限于利用单个蝴蝶鳞片或小面积生物样本，且工艺复杂、不易操作、复制精度低，而该问题的解决将有助于推动与蝴蝶翅膀相关的仿生光学器件或功能材料实现更高层次、更大规模的工业化生产制造。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种利用整片蝴蝶翅膀制作大面积、高精度薄膜型光栅器件的方法，以解决上述技术问题。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：利用整片蝴蝶翅膀制作大面积、高精度薄膜型光栅器件的方法，包括以下步骤。

第一步：蝴蝶鳞翅气吹清洁及全翅面粘贴固定

裁选翅面完整、无破损的新鲜蝴蝶成虫翅膀作为复制用生物模板，先用气吹球轻轻吹去鳞翅表面浮尘，再用防水胶带沿翅膀外缘轮廓采用压边方式将其粘贴固定于玻璃基片上，制得全翅面粘固生物模板。

第二步：蝴蝶鳞翅多角度旋转蒸镀覆形金属薄膜

（A）将第一步制得的全翅面粘固生物模板安装于真空蒸镀室的基片夹具上，参照生物模板的鳞片倾角调整样品转轴与水平面的初始夹角处于小角度范围，以细晶粒金属作为蒸发源并采用1.5rps～3.0rps的样品转速在全翅面粘固生物模板表面蒸镀一层厚度为300nm～350nm的覆形金属薄膜；

（B）进一步调整样品转轴与水平面的二次夹角处于15°～20°范围内，保持与（A）步骤相同的样品转速在经（A）步骤蒸镀后的全翅面粘固生物模板表面再蒸镀一层厚度为300nm～350nm的同质覆形金属薄膜。

第三步：覆形金属薄膜外表面无气泡浇铸弹性背衬

选择复型精度高且固化后弹性好的复型高聚物作为背衬材料，先按比例配置其高分子预聚体，进而在浇铸夹具内对第二步蒸镀后的覆形金属薄膜进行预聚体浇铸，然后真空除气2min～4min后固化并脱去浇铸夹具，便在覆形金属薄膜外表面制得弹性背衬。

第四步：弹性背衬翻卷揭模以吸离覆形金属薄膜

（A）根据蝴蝶翅膀的材质及结构特点，参考第一步中蝴蝶鳞翅的粘固方位，以弹性背衬上处于蝴蝶鳞片根部方向的边缘作为揭模起始边，以顺鳞片方向作为揭模方向；

（B）按照（A）步骤确定的揭模顺序及方向，利用背衬材料易与光滑薄膜相吸合而粗糙鳞翅易与光滑薄膜相脱离的材质、结构特性，采用翻卷揭模的方法将弹性背衬揭离由防水胶带压实的生物模板，该过程中覆形金属薄膜将吸附于弹性背衬而脱离鳞翅表面。

第五步：覆形金属薄膜外表面非触碰式清除弹性背衬

（A）将第四步获得的吸附有覆形金属薄膜的弹性背衬置于防护网罩内，综合考量覆形金属薄膜、弹性背衬和防护网罩的材质理化性质及其稳定性，采用适当的非触碰式方法去除覆形金属薄膜外表面所吸附的弹性背衬；

（B）利用裁切刀对经（A）步骤操作后的覆形金属薄膜进行边缘修整，然后利用有机溶剂和去离子水对其进行低扰度清洗以清除表面剩余杂质，进而在45℃～65℃条件下烘干便最终制得具有仿蝶翅沟槽微结构的薄膜型光栅器件。

所述样品转轴与水平面的初始夹角为5°～10°。

所述细晶粒金属为镍、铝、铜、铬。