本發(fā)明涉及一種抗模具粘連的三維元件制作方法及三維元件倒模。

背景技術(shù)：

微結(jié)構(gòu)在越來越多的領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，例如：傳感器、光學(xué)系統(tǒng)和細(xì)胞工程等，人們對(duì)新的微結(jié)構(gòu)的制作方法的需求也日漸高漲。九十年代末一種新的微圖形復(fù)制技術(shù)脫穎而出，通稱為軟光刻技術(shù)(soft lithography)。軟光刻技術(shù)是相對(duì)于傳統(tǒng)的光刻技術(shù)而言的，相比于傳統(tǒng)的光刻技術(shù)，它可以突破100nm尺寸制作微細(xì)機(jī)構(gòu)，可以制造復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)并且能在曲面上應(yīng)用，可以在不同化學(xué)性質(zhì)表面上使用等優(yōu)點(diǎn)。

軟光刻技術(shù)其實(shí)就是一種微圖形的復(fù)制技術(shù)，顯然復(fù)制工藝過程中，偶數(shù)次復(fù)制才能得到與被復(fù)制元件相同的表面形貌特征，一般采用兩次復(fù)制的方法。軟光刻技術(shù)中最常用的材料是PDMS(polydimethylsiloxane，聚二甲基硅氧烷)。PDMS-DC(PDMS double casting，基于PDMS的兩次復(fù)制)技術(shù)是一種低成本的復(fù)制工藝，但是同時(shí)卻能得到高保真度的復(fù)制品。PDMS-DC技術(shù)包括兩個(gè)步驟：(1)使用PDMS復(fù)制一個(gè)表面具有微細(xì)的結(jié)構(gòu)的母模，得到一個(gè)材料是PDMS的倒模；(2)以(1)中的PDMS倒模為母模，使用PDMS進(jìn)行第二次復(fù)制得到一個(gè)與原始的母模表面結(jié)構(gòu)一樣的復(fù)制品。然而，由于PDMS材料本身固有相互之間粘連的特性使得上述步驟(2)中第二次復(fù)制后的脫模易失敗，所以必須對(duì)倒模的表面進(jìn)行化學(xué)的或者物理的處理以使得第二次復(fù)制脫模成功。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服軟光刻工藝中PDMS與PDMS材料之間相互粘連的特性，本發(fā)明提供了一種抗模具粘連的三維元件制作方法及三維元件倒模。

一種抗模具粘連的三維元件制作方法，包括如下步驟：

A、基于軟光刻工藝使用PDMS材料復(fù)制三維元件母版，得到PDMS材料的三維元件倒模；

B、在步驟A得到的PDMS材料的三維元件倒模的表面，形成一層1H,1H,2H,2H-全氟癸基三氯硅烷分子涂層；

C、以經(jīng)過步驟B處理的PDMS材料的三維元件倒模為模具，使用PDMS材料進(jìn)行二次復(fù)制，固化脫模后得到三維元件復(fù)制品。

進(jìn)一步地：

步驟A中，將用于形成PDMS材料的雙組份材料液體混合攪拌，并在真空干燥箱中去氣泡，之后傾倒在三維元件母版表面，加熱固化后脫模，得到PDMS材料的三維元件倒模。

步驟A中，加熱溫度為50-80℃，優(yōu)選65℃。

步驟B中，將PDMS材料的三維元件倒模置于干燥器中，并用滴管將1H,1H,2H,2H-全氟癸基三氯硅烷滴于干燥器的底部，密封干燥器后將干燥器加熱，使1H,1H,2H,2H-全氟癸基三氯硅烷在高溫環(huán)境中氣化，通過分子自組裝原理在待處理的三維元件倒模表面形成一層分子涂層。

步驟B中，加熱溫度為90-110℃，優(yōu)選100℃。

步驟B中，形成的1H,1H,2H,2H-全氟癸基三氯硅烷分子涂層的厚度在10nm左右。

所述三維元件為菲涅爾透鏡。

所述菲涅爾透鏡的表面形貌尺寸在10μm以上。

一種抗粘連的三維元件倒模，所述三維元件倒模包括PDMS材料的倒模主體和形成在所述倒模主體的表面上的1H,1H,2H,2H-全氟癸基三氯硅烷分子涂層。

所述三維元件可以為菲涅爾透鏡。

本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明提供的抗模具粘連的三維元件制作方法及三維元件倒模，可以廣泛的應(yīng)用于基于軟光刻技術(shù)的PDMS二次復(fù)制工藝中。例如，在基于軟光刻技術(shù)使用PDMS制作菲涅爾透鏡過程中，由于在PDMS材料的倒模表面通過形成一層1H,1H,2H,2H-全氟癸基三氯硅烷分子涂層，1H,1H,2H,2H-全氟癸基三氯硅烷分子層與PDMS材料接觸角不同，二次復(fù)制(使用PDMS復(fù)制)脫模變得容易，起到了抗粘連的作用。本發(fā)明在PDMS倒模表面利用分子自組裝原理形成一層1H,1H,2H,2H-全氟癸基三氯硅烷分子層，由于該分子涂層有接觸角大和表面能低的特點(diǎn)，使得其具有天然的抗粘連功能，在二次復(fù)制后，脫模易成功，有效提高了制作三維元件的品質(zhì)、良率和效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明具體實(shí)施例中基于軟光刻技術(shù)使用PDMS材料進(jìn)行一次復(fù)制得到菲涅爾透鏡倒模的示意圖；

圖2為本發(fā)明具體實(shí)施例中使用經(jīng)過抗粘連處理的菲涅爾透鏡倒模復(fù)制菲涅爾透鏡的示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例中用經(jīng)處理的倒模進(jìn)行二次復(fù)制的原理性示意圖。

具體實(shí)施方式

以下對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作詳細(xì)說明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。

參閱圖1至圖3，在一種實(shí)施例中，一種抗模具粘連的三維元件制作方法，包括如下步驟：

步驟A、基于軟光刻工藝使用PDMS材料復(fù)制三維元件母版2，得到PDMS材料的三維元件倒模3；

步驟B、在步驟A得到的PDMS材料的三維元件倒模3的表面，形成一層1H,1H,2H,2H-全氟癸基三氯硅烷分子涂層4；

步驟C、以經(jīng)過步驟B處理的PDMS材料的三維元件倒模為模具，使用PDMS材料進(jìn)行二次復(fù)制，固化脫模后得到三維元件復(fù)制品。

參閱圖1，在優(yōu)選的實(shí)施例中，步驟A中，將用于形成PDMS材料的雙組份材料液體(雙組份材料可以為本領(lǐng)域技術(shù)人員知曉的預(yù)聚物和交聯(lián)劑)混合攪拌，并在真空干燥箱中去氣泡，之后傾倒在位于鑄模槽5中的三維元件母版2表面，加熱固化后脫模，得到PDMS材料的三維元件倒模。

在進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施例中，步驟A中，加熱溫度為50-80℃，更優(yōu)選的加熱溫度為65℃。

在優(yōu)選的實(shí)施例中，步驟B中，將PDMS材料的三維元件倒模3置于干燥器中，并用滴管將1H,1H,2H,2H-全氟癸基三氯硅烷滴于干燥器的底部，密封干燥器后將干燥器加熱，使1H,1H,2H,2H-全氟癸基三氯硅烷在高溫環(huán)境中氣化，通過分子自組裝原理在待處理的三維元件倒模3表面形成一層分子涂層4。

在進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施例中，步驟B中，加熱溫度為90-110℃，更優(yōu)選的加熱溫度為100℃。

在優(yōu)選的實(shí)施例中，步驟B中，形成的1H,1H,2H,2H-全氟癸基三氯硅烷分子涂層在10nm左右。

如圖1和圖2所示，在一種具體實(shí)施例中，所述三維元件為菲涅爾透鏡。

較佳地，所述菲涅爾透鏡的表面形貌尺寸在10μm以上，而形成的1H,1H,2H,2H-全氟癸基三氯硅烷分子涂層的厚度在10nm左右。

參閱圖2至圖3，在另一種實(shí)施例中，一種抗粘連的三維元件倒模，所述三維元件倒模包括PDMS材料的倒模主體1和形成在所述倒模主體1的表面上的1H,1H,2H,2H-全氟癸基三氯硅烷分子涂層4。

如圖2和圖3所示，所述三維元件可以為菲涅爾透鏡。所述三維元件也可以是通過軟光刻工藝制造復(fù)雜的其他各種三維結(jié)構(gòu)。

以下以三維元件為菲涅爾透鏡作為例子，進(jìn)一步描述本發(fā)明具體實(shí)施例的特征及優(yōu)勢(shì)。

菲涅爾透鏡是一種表面具有圖結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件，其結(jié)構(gòu)尺寸在微米級(jí)別。顯然，PDMS-DC(PDMS double casting，基于PDMS的兩次復(fù)制)技術(shù)可以用于復(fù)制菲涅爾透鏡。參閱圖1，首先，一次復(fù)制形成菲涅爾透鏡的倒模。具體實(shí)施過程為：將PDMS雙組份材料(液體)按照重量比1:1混合攪拌充分，在真空干燥箱中去氣泡，然后傾倒在位于鑄模槽中的菲涅爾透鏡的表面，加熱65℃固化脫模就得到了菲涅爾透鏡的倒模，即PDMS材料的菲涅爾透鏡倒模。

將上述步驟中待處理的PDMS材料的菲涅爾倒模置于玻璃干燥器中，并用滴管滴一滴1H,1H,2H,2H-全氟癸基三氯硅烷于玻璃干燥器的瓶底，蓋上蓋子并將整個(gè)玻璃干燥器置于100℃的干燥箱中反應(yīng)，1H,1H,2H,2H-全氟癸基三氯硅烷在高溫環(huán)境中氣化，然后在待處理的菲涅爾倒模表面通過分子自組裝原理形成一層分子層。

參閱圖2至圖3，將上述步驟中經(jīng)過處理的PDMS材料的倒模為模具進(jìn)行二次復(fù)制，復(fù)制過程仍使用PDMS材料。由于在PDMS基底材料上涂鍍了一層1H,1H,2H,2H-全氟癸基三氯硅烷分子層，其較大的接觸角(contact angle)，和較低的表面能使得其與二次復(fù)制過程形成的PDMS材料的復(fù)制品6不粘連，脫模容易，而得到菲涅爾透鏡復(fù)制品。

誤差分析：

本實(shí)驗(yàn)中菲涅爾透鏡表面形貌尺寸在10μm以上，而通過分子自組裝形成1H,1H,2H,2H-全氟癸基三氯硅烷分子層的厚度在10nm左右，與菲涅爾透鏡表面形貌特征相比幾乎可以忽略不計(jì)。

該抗粘連處理工藝不限于制作菲涅爾透鏡的工藝過程，實(shí)際上任何軟光刻工藝中使用PDMS-DC(PDMS double casting，基于PDMS的兩次復(fù)制)技術(shù)復(fù)制時(shí)，該抗粘連處理工藝都是適合的。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體/優(yōu)選的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，其還可以對(duì)這些已描述的實(shí)施方式做出若干替代或變型，而這些替代或變型方式都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。