基于表面乳液法可控构筑聚合物微透镜阵列

Along with the development of the concept for intelligent society, more and more studies have focused on the preparation of the intelligent devices that could recognize the environment changes automatically. Owing to the small volume and excellent performance of the ordering microstructure, it has been the key element for the preparation of intelligent devices with miniaturization, high sensitivity. This project would attempt to construct a surface emulsion system based on several kinds of polymer, water vapor and oil phase. Through regulating the environment humidity, temperature, and polymers constitution, it would be an effective way to control the assembly behavior of polymers and droplets on the surface, and the orderly water droplet arrays could be obtained. The ordered water droplets arrays would be filled with one of the water-soluble polymer timely, and finally realizes the controllable preparation of micro-lens arrays holding the ability of light beam shaping, light focusing and light collimation. In addition, through introducing the groups or polymers with temperature and pH response to the system, the micro-lens arrays would realize the focal length change along with the external environment change. Such microstructures would use to the corresponding optical devices to realize the preparation of environmental response devices. This project aims to provide new strategy for rapid, large-area, and orderly preparation micro-lens arrays through change the materials composition.

随着发展智能化社会概念的提出，越来越多的研究集中到具有环境识别性能的智能器件的制作中去。由于有序化的微结构具有体积小、性能优等特点，其为制备小型化、高灵敏性的智能器件提供了可靠支持。本项目试图利用几种聚合物、水蒸气及油相构筑的表面乳液体系，通过调控环境湿度、温度、聚合物种类及含量等来控制聚合物及水滴在表面的组装行为，从而构筑出有序的微水滴阵列；形成的微水滴阵列将被其中一种水溶性聚合物及时填充，最终实现具有光束整形、光聚焦及准直等性能的微透镜阵列的可控制备。另外，通过在体系中引入具有温度、pH等环境响应的基团或者聚合物，来获得焦距可随外界环境变化而变化的微透镜阵列，并将其用于相应的光学器件中，从而实现环境感应性器件的制备。该项目旨在通过材料基元的构筑，为快速、大面积、无模板化生产有序微透镜阵列提供新的制备策略。

光作为自古以来地球生物体赖以生存的能量来源，孕育着无数的生命。如果可以有效地控制光的传播路径，则将大大地提高光的利用率及实现光为我们的需求服务。本课题致力于利用聚合物、溶剂及其基底之间的相互作用，通过调控溶剂选择、温度调控、聚合物种类等来控制这种相互作用，从而构筑出有序的微结构阵列，从而采用非传统光刻的方法制备最终实现具有光束整形、光聚焦及准直等性能的微结构阵列的可控制备。本项目从四个方面展开：（1）改性呼吸图法，通过调节聚合物的分子量、实验过程等因素，可初步获得具有均一尺寸的多孔结构及微透镜阵列结构；（2）借助于两种聚合物间的相分离行为，通过二者良溶剂挥发过程中的诱导，以更温和的条件及简易的装置制备出微透镜阵列，该微透镜阵列对于紫外光具有一定的吸收效果；（3）采用聚合物薄膜去润湿的方法可有效的一步法制备微透镜结构，结构的尺寸及规整度，可通过调节薄膜的厚度及基底的浸润性来进行有效调节微透镜的焦距；（4）通过聚合物和其良溶剂、非溶剂三元体系的相互作用来制备大面积的均匀的多孔结构，可通过调节良溶剂与非溶剂的混合量及混合时间来调节多孔结构的尺寸及孔隙的分布情况，所得的均匀的多孔结构是制备微透镜阵列的良好模板。通过该项目的研究，通过结合理论计算，我们比较清晰地分析了结构形成的过程。不仅实现了该类微结构的简化制备，另外对于所形成的光功能性的聚合物涂层进行了相应的应用，很好地发挥了这些微结构的价值。