微透镜阵列（MLA）是增强现实和虚拟现实应用中必不可少的光学成像设备。然而，由于空气中的水汽，在潮湿的室外环境中MLA的成像功能会受到影响。为了防止水汽的粘附，科研学者将超疏水结构集成到MLA之间，从而赋予其超疏水性能。其中，超疏水MLA由两种微结构组成：具有粗糙表面的疏水微结构和具有光滑表面的微透镜。因此，为了满足这两种具有矛盾物理性质结构的加工，通常使用多种不同的技术制备具有防水功能的MLA结构。

  最近，该研究团队利用3D激光直写光刻技术（DLW），一步内直接完成了MLA和超疏水微结构的制备（图1）。基于DLW的高制造自由度，该方法不需要灰度光掩模，所以显著降低了制造复杂性。同时，允许设计人员通过自由调节结构参数优化光学与防水功能。通过2次软光刻技术，成功地将具有多级柱阵列（图1a）的超疏水MLA转移到柔性材料聚二甲基硅氧烷（PDMS）上。超疏水MLA上水滴的接触角（CA）为151.8°，滚动角（SA）低于5.8°。尽管存在多级柱阵列的疏水结构，该超疏水MLA不仅填充因子达到了78%（图2），透射率也接近常规MLA的92.3%（图3）。在湿度为100%的环境中，制备的超疏水MLA不仅展现了良好的防水功能以及极好的潮湿环境适应性（图4）。同时，因为其由柔性材料制备，因此在先进显示领域提供了广泛的应用前景。

  基于激光直写光刻技术，一次性完成具有矛盾物理性质结构表面的加工，极大的简化了复杂3D结构的制造工艺流程，为多功能微纳器件的制造提供了全新的思路。该工作以“Flexible Superhydrophobic Microlens Array for Humid Outdoor Environment Applications”为题发表在《ACS Applied Materials & Interfaces》上。文章第一作者是武汉大学博士生栾世奕。该研究得到国家重点研发计划和国家自然科学基金委的支持。
 

图1.具有超疏水微结构的柔性MLA的制造示意图：（a）基于3D DLW的超疏水MLA微结构制备。插图：由小柱和圆柱体组成的多级疏水结构。（b） 模板硅烷化。（c） 在第二次软光刻工艺之后制备的超疏水柔性MLA。 

图2. PDMS制成的常规MLA（左）、疏水MLA（中）和超疏水MLA（右）SEM图。 

图3. 周期尺寸为80μm的三种MLA的透射率。（b） 周期尺寸大小对超疏水微透镜阵列在450nm波长下透射率的影响。 

图4.（a）弯曲的柔性常规MLA、柔性疏水MLA和柔性超疏水MLA的光学照片（标记分别为红色、蓝色和黄色）。插图：三种弯曲MLA上水滴的形状及其对应的CA和SA。（b）在三种弯曲的MLA上滴水滴。（c） 滴水后三种弯曲的MLA的光学照片。（d） 滴水后从弯曲的三种MLA获得的图像。（e） 滴水后弯曲的超疏水MLA的聚焦性能。（f） 照片显示了三种MLA在潮湿室外环境中的防水功能测试实验。

  论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c17128