一种柔性薄膜附加均匀径向预紧力的高平面度固定方法
技术领域
本发明属于微纳光学技术领域，具体涉及一种柔性薄膜附加均匀径向预紧力的高平面度固定方法。
背景技术
柔性薄膜材料如聚酰亚胺(PI)、聚对萘二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)等，具有重量轻、光学性能良好、易复制加工、成本较低等优点，因此作为衬底材料被广泛地应用到微纳光学技术领域中。
但是，由于柔性薄膜刚度过低，微纳米加工过程和后续应用过程中易受力发生形变，很难作为高精度的光学元件来使用。因此，发展一种技术方法使柔性薄膜的平面度能够达到光学级别，而且具有均匀的径向预紧力，可以避免因潮湿度或温度的变化导致的薄膜表面松弛、平面度降低等问题，这一方法是迫切需要的。
发明内容
有鉴于此，本发明公开了一种柔性薄膜附加均匀径向预紧力的高平面度固定方法，利用金属工装将柔性薄膜夹持;通过工装自身重力或施加应力的方式，柔性薄膜紧密贴覆在高平面度的硬质材料基底表面，且使柔性薄膜沿径向各个方向的伸长量一致，令其具有均匀的径向预紧力;将一个带有注胶孔和导流槽的框体水平放置在柔性薄膜的上方中心位置;向注胶孔内注入胶黏剂至完全填充导流槽，对胶黏剂进行固化;待胶黏剂将柔性薄膜与框体完全粘合后，沿框体外边缘将薄膜划开，并与硬质材料基底分离开来，即可获得附加均匀径向预紧力且高平面度固定的柔性薄膜。该方法简便易行，为柔性薄膜在高精度光学系统中的使用提供了保障，也为柔性薄膜在科研和生产中的广泛应用提供了技术支撑。
本发明通过以下技术方案进行实施：一种柔性薄膜附加均匀径向预紧力的高平面度固定方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、利用上下两个金属工装将柔性薄膜夹持;
步骤2、通过螺钉将上下两个金属工装紧固;
步骤3、取一块高平面度硬质材料基底;
步骤4、通过工装自身重力或施加应力的方式，柔性薄膜紧密贴覆在高平面度硬质材料基底的表面，同时使柔性薄膜沿径向各个方向的伸长量一致，令其具有均匀的径向预紧力;
步骤5、制作一个带有注胶孔和导流槽的框体;
步骤6、将框体水平放置在柔性薄膜的上方中心位置，向注胶孔内注入胶黏剂至完全填充导流槽，并对胶黏剂进行固化;
步骤7、待胶黏剂将柔性薄膜与框体完全粘合后，沿框体外边缘将柔性薄膜划开，并与高平面度硬质材料基底分离开来;
步骤8、获得由柔性薄膜、框体、胶黏剂共同组成的附加均匀径向预紧力且高平面度固定的柔性薄膜。
其中，所述步骤4中利用工装自身重力或施加应力的方式使柔性薄膜与高平面度硬质材料基底的表面接触时，需要保证工装的回转中心与硬质材料基底的回转中心同轴;应力施加的过程中，工装的上表面需要始终平行于硬质材料基底的上表面。此时，柔性薄膜的纵向位置被硬质材料基底约束，在由工装传递至柔性薄膜的拉应力作用下，与硬质材料基底接触的柔性薄膜发生径向拉伸。在上述条件的限制下，柔性薄膜沿径向各个方向的伸长量一致，使得柔性薄膜沿径向附加的预紧力非常均匀。并且，预紧力的大小可以通过控制硬质材料基底上表面与柔性薄膜边缘位置下表面的相对距离来调节。
其中，所述步骤5中的框体包括注胶孔和导流槽两部分，其中，导流槽的宽度w1需大于注胶孔的宽度w2，以保证框体和柔性薄膜的粘合面积足够大，粘合性足够强;导流槽的高度h1需小于注胶孔的高度h2，以保证加工导流槽时去除的材料足够少，框体具有足够的强度。注胶孔的作用是使胶黏剂可以顺利注入导流槽中，导流槽的作用是促进胶黏剂完全填充框体和柔性薄膜之间的间隙，使得框体粘合区域的柔性薄膜下表面的平面度等于高平面度硬质材料基底上表面的平面度。这样，步骤7中的沿框体外边缘将柔性薄膜划开且与硬质材料基底分离之后，在均匀的径向预紧力作用下，步骤8中的柔性薄膜仍能保持高平面度的绷紧状态，从而实现柔性薄膜附加均匀径向预紧力的高平面度固定。
本发明的优点在于：
(1)本发明利用硬质材料基底的约束，使柔性薄膜发生径向均匀拉伸，从而获得径向均匀的预紧力。预紧力的大小可以通过控制硬质材料基底上表面与柔性薄膜边缘位置下表面的相对距离来调节，可控性和重复性好。
(2)本发明利用胶黏剂将柔性薄膜和框体之间的间隙完全填充，使得柔性薄膜完美地继承硬质材料基底的高平面度，无需复杂的工艺过程，即可获得光学级的面形，降低了制作难度和成本。
(3)本发明提出的一种柔性薄膜附加均匀径向预紧力的高平面度固定方法，可以使柔性薄膜的平面度能够达到光学级别，而且具有均匀的径向预紧力，可以避免因潮湿度或温度的变化导致的薄膜表面松弛、平面度降低等问题。
综上所述，本发明解决了柔性薄膜附加均匀径向预紧力的高平面度固定问题，为表面具有微纳米结构的柔性薄膜在光学系统中的使用提供了保障，也为柔性薄膜在科研和生产中的广泛应用提供了技术支撑。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明公开的一种柔性薄膜附加均匀径向预紧力的高平面度固定方法的流程图。其中：1-上金属工装，2-柔性薄膜，3-下金属工装，4-高平面度硬质材料基底，5-框体，6-胶黏剂。
图2为本发明步骤4施加应力时工装和硬质材料基底的平行度关系示意图。
图3为本发明步骤5中框体的剖面示意图。其中：7-注胶孔，8-导流槽。
图4为本发明步骤5中框体的俯视示意图。
图5为第一实施实例所用框体的尺寸图，计量单位：毫米。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式详细介绍本发明，本发明的保护范围应包括权利要求的全部内容。通过以下实施例，本领域技术人员即可以实现本发明权利要求的全部内容。
实例一：
如图1所示为本发明公开的一种柔性薄膜附加均匀径向预紧力的高平面度固定方法的流程图，依次包含以下步骤：
如图1中1-1所示，利用铝制上金属工装1和下金属工装3将柔性聚酰亚胺薄膜2夹持;
如图1中1-2所示，通过螺钉将上下两个铝制金属工装紧固;
如图1中1-3所示，取一块高平面度的石英基底4，其平面度为1um;
如图1中1-4所示，向上金属工装1和下金属工装3施加向下的应力，保证上金属工装1和下金属工装3的回转中心与石英基底4的回转中心同轴，同时保证下金属工装3的上表面始终平行于石英基底4的上表面，调节石英基底4上表面与柔性聚酰亚胺薄膜2边缘位置下表面的相对距离为5mm;
如图1中1-5所示，通过激光雕刻技术制作一个带有注胶孔和导流槽的亚克力材料框体(5)，其尺寸图如图5所示，w1=3.5mm，w2=2.5mm，h1=1mm，h2=9mm;
如图1中1-6所示，将亚克力框体5水平放置在附加预紧力的柔性聚酰亚胺薄膜2的上方中心位置，向注胶孔7内注入NOA 61紫外固化胶黏剂6至完全填充导流槽8，并对胶黏剂6进行紫外固化;
如图1中1-7所示，待胶黏剂6将柔性聚酰亚胺薄膜2与亚克力框体5完全粘合后，沿亚克力框体5外边缘将柔性聚酰亚胺薄膜2划开，并与高平面度的石英基底4分离开来;
如图1中1-8所示，获得由柔性聚酰亚胺薄膜2、亚克力框体5、胶黏剂6共同组成的附加均匀预紧力且高平面度固定的柔性薄膜。
本发明未详细阐述的部分属于本领域的公知技术。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
