本發(fā)明涉及激光微納制造
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及一種基于激光制備pdms表面圖案化皺紋裝置和方法。
背景技術(shù)：
：pdms稱為聚二甲基硅氧烷，其具有良好的易加工性、生物兼容性、透光性、熱穩(wěn)定性、無毒以及富有彈性等特征，不但可以用于加工常規(guī)的微流控芯片，也可作為空間細(xì)胞的培養(yǎng)芯片的結(jié)構(gòu)材料。但是光滑且未經(jīng)處理的pdms表面在應(yīng)用中存在比較大的局限性，例如具有細(xì)胞無法直接在其表面黏附生產(chǎn)、存活率差以及生長方向隨機(jī)性等缺點(diǎn)。表面皺紋技術(shù)由于具有形貌和尺度易于調(diào)控、構(gòu)筑方法簡(jiǎn)易多樣等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被應(yīng)用于微流控、超疏水表面、薄膜材料力學(xué)測(cè)量、細(xì)胞定向生長等
技術(shù)領(lǐng)域：
中，因此通過在pdms表面制備相應(yīng)的皺紋結(jié)構(gòu)，可進(jìn)一步擴(kuò)寬pdms的應(yīng)用范圍。目前，大部分學(xué)者認(rèn)為表面起皺是應(yīng)力進(jìn)行釋放的結(jié)果，壓縮應(yīng)力的產(chǎn)生源自于軟硬復(fù)合體系在受到外界的刺激后，基底層與表面薄層物理性不相匹配。根據(jù)軟硬符合體系所受到的外界刺激種類不同，誘導(dǎo)皺紋的方式可分為：機(jī)械拉伸法、溶劑溶脹誘導(dǎo)以及其他誘導(dǎo)方式。其中，機(jī)械拉伸法是通過對(duì)軟硬復(fù)合膜施加拉伸/壓縮，由于軟硬層彈性模量的不同，界面間生產(chǎn)壓縮應(yīng)力，并最終形成皺紋。在實(shí)驗(yàn)中，一般采用對(duì)pdms基底薄膜預(yù)拉伸方式誘導(dǎo)表面起皺。首先將pdms薄膜進(jìn)行預(yù)拉伸，然后通過薄膜轉(zhuǎn)移或氧等離子/紫外臭氧處理等方式在基底表面形成硬層，膜表面的硬層，膜表面的硬層則處于自然狀態(tài)，而基層處于預(yù)拉伸的狀態(tài)，最后當(dāng)基底的預(yù)拉伸應(yīng)變緩慢釋放時(shí)，表面處于自然狀態(tài)的薄膜受到基底的壓縮應(yīng)力作用，并且由于軟硬層彈性模量不相匹配，最終薄膜表面形成條紋狀皺紋形貌，其中條紋方向與拉伸方向相互垂直。加熱誘導(dǎo)法是利用加熱的方式誘導(dǎo)軟硬復(fù)合膜表面發(fā)生起皺的方法，在加熱后進(jìn)行冷卻的過程中，由于基底和表面薄層的熱膨脹系數(shù)不同，軟硬層界面間產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，從而在薄膜表面形成皺紋形貌。而溶劑溶脹誘導(dǎo)法與加熱誘導(dǎo)類似，溶劑溶脹誘導(dǎo)是指將軟硬復(fù)合薄膜浸入有機(jī)溶劑或者有機(jī)溶劑蒸汽中誘導(dǎo)表面起皺的方法，其界面間受到的壓縮應(yīng)力源于軟硬層對(duì)溶劑的溶脹系數(shù)不同。現(xiàn)有技術(shù)中，機(jī)械拉伸法主要通過對(duì)拉伸后的pdms表面發(fā)生變化，使表面形成硬層，最后pdms收縮回原來的狀態(tài)從而產(chǎn)生表面皺紋；加熱誘導(dǎo)法同樣是通過蒸鍍或旋涂等方式在pdms表面形成金屬硬層，再進(jìn)行一定的溫度加熱。因?yàn)閜dms本身具備較軟的彈性，金屬硬層/pdms軟層由于熱膨脹系數(shù)不同導(dǎo)致表面形成的皺紋是無序的，需要在pdms模板上預(yù)先制備好一定的規(guī)則圖案，最后皺紋的產(chǎn)生才會(huì)受到圖案約束而發(fā)生取向性變化。而溶劑溶脹誘導(dǎo)同樣是通過一系列的化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)在pdms表面形成硬質(zhì)層，再浸泡在有機(jī)溶劑或有機(jī)蒸汽中，利用復(fù)合硬/軟層受到溶劑溶脹程度不同從而誘導(dǎo)起皺。無論是機(jī)械拉伸法、加熱誘導(dǎo)法還是溶劑溶脹誘導(dǎo)法，都要首先在pdms表面制備出硬層，而制備硬層的方法都是以化學(xué)反應(yīng)或者蒸鍍?yōu)橹?，并且由于所制備的皺紋為微納米尺度，因此具有明顯的工藝復(fù)雜、可控性差、局限于大面積制備等缺點(diǎn)，而需要進(jìn)行小面積圖案化制備皺紋結(jié)構(gòu)時(shí)，需要加上掩膜板，因此對(duì)于掩膜板的圖案精度作出一定的精度要求。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的主要目的是提出一種工藝簡(jiǎn)單、圖案化快速、簡(jiǎn)便、可操作性好以及科學(xué)環(huán)保的基于激光制備pdms表面圖案化皺紋裝置，本發(fā)明還提出一種使用基于激光制備pdms表面圖案化皺紋裝置的方法，旨在簡(jiǎn)化pdms板表面加工的工藝步驟、提高生產(chǎn)效率和加工精度以及避免環(huán)境污染等技術(shù)問題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的一種基于激光制備pdms表面圖案化皺紋裝置，包括底座，所述底座頂面設(shè)有兩個(gè)向上凸出且相隔一定距離的支撐塊，所述底座上方設(shè)有水平設(shè)置且穿過兩個(gè)所述支撐塊的絲桿以及運(yùn)動(dòng)臺(tái)，所述絲桿驅(qū)動(dòng)所述運(yùn)動(dòng)臺(tái)配合水平滑移，所述運(yùn)動(dòng)臺(tái)的側(cè)面通過連桿與夾具相連，所述夾具夾緊上下緊貼的pdms板以及金屬板的同一端，所述pdms放置于所述金屬板頂面，所述pdms板的另一端被壓板緊固于支撐塊頂端；所述pdms板上方設(shè)有掃描振鏡，所述掃描振鏡與電腦服務(wù)器電連接，所述電腦服務(wù)器還與激光器電連接，所述激光器發(fā)射激光束進(jìn)入所述掃描振鏡的輸入端，所述掃描振鏡將聚焦后的激光束向下照射，透過所述pdms板并照射于所述金屬板頂面。優(yōu)選地，所述運(yùn)動(dòng)臺(tái)頂面與拉力測(cè)量?jī)x底面固定相連，所述拉力測(cè)量?jī)x的拉力測(cè)試端與所述連桿一端相連。優(yōu)選地，所述激光器向所述掃描振鏡進(jìn)行激光傳輸?shù)穆窂街性O(shè)有兩個(gè)反光面相對(duì)且平行的反光鏡，所述反光鏡的反光面對(duì)激光束反射。優(yōu)選地，所述壓板通過螺栓將所述pdms板一端夾緊固定于所述支撐塊頂端。優(yōu)選地，所述夾具為u型夾，所述夾具通過螺栓調(diào)整上夾板和下夾板對(duì)所述pdms板以及所述金屬板的夾緊作用力。優(yōu)選地，相鄰兩個(gè)支撐塊的相對(duì)側(cè)面分別與滑桿相連，所述運(yùn)動(dòng)臺(tái)穿過所述滑桿以水平滑動(dòng)。本發(fā)明還提出一種使用所述基于激光制備pdms表面圖案化皺紋裝置的方法，包括以下步驟：1)將所述pdms板以及所述金屬板的同一端通過所述夾具夾緊固定，將所述pdms塊的另一端夾緊固定于所述支撐塊頂端，旋轉(zhuǎn)所述絲桿以將所述運(yùn)動(dòng)臺(tái)移動(dòng)并將所述pdms塊拉緊；2)所述電腦服務(wù)器控制所述激光器向所述掃描振鏡的光束輸入端發(fā)出激光束，所述掃描振鏡的激光束輸出端向所述pdms板發(fā)出聚焦后的激光束，激光束透過所述pdms板后照射于所述金屬板頂面；3)待所述pdms板與所述金屬板貼緊的表面溫度冷卻后，調(diào)整所述絲桿以松開所述夾具對(duì)所述pdms板的拉緊以及夾緊，使得所述pdms板收縮獲得表面皺紋結(jié)構(gòu)。本發(fā)明技術(shù)方案通過激光誘導(dǎo)金屬產(chǎn)生高溫傳遞至pdms板表面，使pdms板表面的物理特性(如彈性模量、泊松比)等發(fā)生改變，從而在pdms板內(nèi)部形成軟/硬的復(fù)合層，同時(shí)通過電腦服務(wù)器繪制相應(yīng)圖案路徑控制掃描振鏡的光路運(yùn)動(dòng)，從而可快速、簡(jiǎn)便地實(shí)現(xiàn)制備圖案化分布的皺紋結(jié)構(gòu)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案通過pdms板預(yù)拉伸后，利用激光作用于金屬板產(chǎn)生局部高溫直接傳遞至pdms板表面，待冷卻后釋放拉力而使得pdms板恢復(fù)至自然狀態(tài)后，便可形成皺紋結(jié)構(gòu)，通過控制預(yù)拉力大小、激光光斑大小以及激光能量便可實(shí)現(xiàn)皺紋結(jié)構(gòu)尺寸的變化，因此本發(fā)明技術(shù)方案具有工藝簡(jiǎn)單優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，本發(fā)明技術(shù)方案中的激光經(jīng)過濾波和聚焦后的光斑很小，可達(dá)到微米甚至納米尺寸精度。通過電腦服務(wù)器繪制圖案路徑控制掃描振鏡的光路運(yùn)動(dòng)，便可實(shí)現(xiàn)圖案化分布制備皺紋結(jié)構(gòu)，因此具有圖案化快速、簡(jiǎn)便以及操作性好的優(yōu)點(diǎn)。另外，本發(fā)明技術(shù)方案相對(duì)于傳統(tǒng)工藝技術(shù)，可直接在空氣中進(jìn)行加工，不會(huì)產(chǎn)生有害氣體或者有害廢料，從而符合科學(xué)環(huán)保以及可持續(xù)發(fā)展的趨勢(shì)。附圖說明為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖示出的結(jié)構(gòu)獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明基于激光制備pdms表面圖案化皺紋裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例中pdms板的加工效果圖；圖3為圖2中a處的局部放大圖。附圖標(biāo)號(hào)說明：標(biāo)號(hào)名稱標(biāo)號(hào)名稱1底座8pdms板101支撐塊9金屬板2絲桿10掃描振鏡3滑桿11反光鏡4運(yùn)動(dòng)臺(tái)12激光器5拉力測(cè)量?jī)x13電腦服務(wù)器6連桿14壓板7夾具本發(fā)明目的的實(shí)現(xiàn)、功能特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)將結(jié)合實(shí)施例，參照附圖做進(jìn)一步說明。具體實(shí)施方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。需要說明，若本發(fā)明實(shí)施例中有涉及方向性指示(諸如上、下、左、右、前、后……)，則該方向性指示僅用于解釋在某一特定姿態(tài)(如附圖所示)下各部件之間的相對(duì)位置關(guān)系、運(yùn)動(dòng)情況等，如果該特定姿態(tài)發(fā)生改變時(shí)，則該方向性指示也相應(yīng)地隨之改變。另外，若本發(fā)明實(shí)施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，則該“第一”、“第二”等的描述僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示其相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括至少一個(gè)該特征。另外，各個(gè)實(shí)施例之間的技術(shù)方案可以相互結(jié)合，但是必須是以本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)為基礎(chǔ)，當(dāng)技術(shù)方案的結(jié)合出現(xiàn)相互矛盾或無法實(shí)現(xiàn)時(shí)應(yīng)當(dāng)認(rèn)為這種技術(shù)方案的結(jié)合不存在，也不在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。本發(fā)明提出一種基于激光制備pdms表面圖案化皺紋裝置。請(qǐng)參見圖1，在本發(fā)明實(shí)施例的基于激光制備pdms表面圖案化皺紋裝置，包括底座1，底座1頂面設(shè)有兩個(gè)向上凸出且相隔一定距離的支撐塊101，底座1上方設(shè)有水平設(shè)置且穿過兩個(gè)支撐塊101的絲桿2以及運(yùn)動(dòng)臺(tái)4，絲桿2與運(yùn)動(dòng)臺(tái)4相互配合傳動(dòng)，絲桿2通過旋轉(zhuǎn)從而驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)臺(tái)4進(jìn)行水平滑移。本實(shí)施例中，運(yùn)動(dòng)臺(tái)4頂面與拉力測(cè)量?jī)x5底面固定相連，而拉力測(cè)量?jī)x5的拉力測(cè)試端與連桿6一端相連，連桿6另一端與夾具7相連，夾具7朝向pdms板8以及金屬板9的一側(cè)上下各設(shè)有夾板，上夾板和下夾板通過上下方向的緊固可同時(shí)對(duì)垂直方向相互貼合在一起的pdms板8以及金屬板9進(jìn)行夾緊，而pdms板8的另一端則被壓板14壓緊固定于其中的一個(gè)支撐塊101頂端。本實(shí)施例中，pdms板8正上方設(shè)有掃描振鏡10，其中掃描振鏡10與電腦服務(wù)器13電連接，電腦服務(wù)器13還與激光器12電連接，激光器12發(fā)射激光束進(jìn)入掃描振鏡10的輸入端，而掃描振鏡10將聚焦后的激光束向下照射，透過pdms板8并照射于金屬板9頂面。本實(shí)施例中，激光器12向掃描振鏡10進(jìn)行激光傳輸?shù)穆窂街性O(shè)有兩個(gè)反光面相對(duì)且平行的反光鏡11，反光鏡11的反光面對(duì)激光束進(jìn)行反射。本實(shí)施例中，壓板14通過螺栓將pdms板8一端夾緊固定于支撐板101頂端。本實(shí)施例中，夾具7為u型夾，夾具7通過螺栓調(diào)整上夾板和下夾板的夾緊程度并對(duì)pdms板8以及金屬板9的同一端進(jìn)行夾緊。本實(shí)施例中，相鄰的兩個(gè)支撐塊101的相對(duì)側(cè)面分別與滑桿3相連，運(yùn)動(dòng)臺(tái)穿過滑桿3可水平滑動(dòng)。本發(fā)明實(shí)施例還提出一種使用基于激光制備pdms表面圖案化皺紋裝置的方法，包括以下步驟：1)將pdms板8以及金屬板9的同一端通過夾具7夾緊固定，將pdms塊8的另一端夾緊固定于支撐塊101頂端，旋轉(zhuǎn)絲桿2以將運(yùn)動(dòng)臺(tái)4移動(dòng)并將pdms塊8拉緊；2)電腦服務(wù)器13控制激光器12向掃描振鏡10的光束輸入端發(fā)出激光束，掃描振鏡10的激光束輸出端向pdms板發(fā)出聚焦后的激光束，激光束透過pdms板8后照射于金屬板9頂面；3)待pdms板8與金屬板9貼緊的表面溫度冷卻后，調(diào)整絲桿2以松開夾具7對(duì)pdms板8的拉緊以及夾緊，使得pdms板8收縮獲得表面皺紋結(jié)構(gòu)。請(qǐng)參見圖1至圖3，以下對(duì)本發(fā)明實(shí)施例基于激光制備pdms表面圖案化皺紋裝置的工作原理進(jìn)行描述：操作人員將pdms板8放置于金屬板9頂面，通過夾具7將垂直方向上相互貼合的pdms板8以及金屬板9同一端夾緊，而pdms板8另一端通過壓板14夾緊固定于一個(gè)支撐塊101頂端。當(dāng)pdms板8兩端分別被固定后，通過旋轉(zhuǎn)絲桿2使得運(yùn)動(dòng)臺(tái)4向遠(yuǎn)離pdms板8的方向移動(dòng)，因?yàn)閜dms板8具有一定的彈性，因此pdms板8可以被運(yùn)動(dòng)臺(tái)4拉伸并發(fā)生一定彈性變形，而設(shè)置于pdms板8下方的金屬板9只是被固定其中的一端，而另一端沒有被固定，因此金屬板9沒有受到拉伸作用力。電腦服務(wù)器13控制激光器12向外發(fā)出激光，通過反光面相對(duì)的兩個(gè)反光鏡11進(jìn)行反射后從掃描振鏡10的輸入端進(jìn)入掃描振鏡10內(nèi)，激光束12經(jīng)過掃描振鏡10濾波以及聚焦后，向pdms板8集中照射激光束。因?yàn)閜dms板8為透明的材質(zhì)，因此激光束可通過pdms板8后照射于金屬板9頂面。而激光束對(duì)金屬板9照射后，金屬板9表面會(huì)吸收熱量并且向pdms板8與金屬板9貼合的底面?zhèn)鬟f熱量，pdms板8底面接受熱量后，pdms板8表面會(huì)在物理性能上發(fā)生改變，同時(shí)pdms板8在受到的拉伸應(yīng)力的基礎(chǔ)上，pdms板8表面受到熱量后進(jìn)行釋放。激光束停止照射后，待pdms板8底面冷卻后，通過控制絲桿2旋轉(zhuǎn)將拉伸后的pdms板8放松拉伸狀態(tài)并恢復(fù)至自然狀態(tài)，而此時(shí)的pdms板8受到高溫作用并冷卻后的區(qū)域由于與pdms板8上部基底之間的彈性模量不相匹配，pdms板8底面受到上部的壓縮應(yīng)力作用而形成具有一定波長周期和寬度的皺紋結(jié)構(gòu)，如圖2和圖3所示。其中，掃描振鏡10向pdms板8發(fā)射激光束時(shí)，操作人員通過讀取拉力測(cè)量?jī)x5表面的壓力值以獲知運(yùn)動(dòng)臺(tái)4對(duì)pdms板8施以的拉力值大小，方便通過絲桿2調(diào)整拉力大小。同時(shí)，通過調(diào)整掃描振鏡10的工作參數(shù)以使pdms板8底面產(chǎn)生不同圖案類型的皺紋結(jié)構(gòu)，另外，可以通過控制激光器12脈沖能量、光斑大小以及拉力等工藝參數(shù)以對(duì)將激光波長周期以及皺紋寬度進(jìn)行有效控制。本發(fā)明實(shí)施例中，通過激光誘導(dǎo)金屬產(chǎn)生高溫傳遞至pdms板8表面，使pdms板8表面的物理特性(如彈性模量、泊松比)等發(fā)生改變，從而在pdms板8內(nèi)部形成軟/硬的復(fù)合層，同時(shí)通過電腦服務(wù)器13繪制相應(yīng)圖案路徑控制掃描振鏡10的光路運(yùn)動(dòng)，從而可快速、簡(jiǎn)便地實(shí)現(xiàn)制備圖案化分布的皺紋結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)有技術(shù)中主要通過等離子處理、化學(xué)鍵交聯(lián)等化學(xué)方式或通過蒸鍍、旋涂、膜轉(zhuǎn)移等物理方式提前在pdms板8表面形成軟/硬復(fù)合層，再進(jìn)行熱誘導(dǎo)法、機(jī)械拉伸法、溶劑溶脹法等手段使其pdms板8表面形成皺紋結(jié)構(gòu)，因此現(xiàn)有技術(shù)的工藝較為復(fù)雜、效率低，并且只能局限應(yīng)用于大面積皺紋結(jié)構(gòu)制備，若需要實(shí)現(xiàn)小面積甚至微米甚至納米尺寸級(jí)別的皺紋結(jié)構(gòu)圖案化分布，則需要增加相應(yīng)尺寸精度的掩膜板。而本發(fā)明技術(shù)方案直接利用激光聚焦在金屬板9表面產(chǎn)生高溫，高溫傳遞到金屬板9然后向與金屬板9貼合且受到預(yù)拉伸的pdms板8表面，使得pdms板8受到高溫作用區(qū)域中的彈性模量發(fā)生改變，待pdms板8冷卻后，撤銷拉力使得pdms板8收縮至自然狀態(tài)從而形成皺紋結(jié)構(gòu)。由于激光經(jīng)過濾波以及聚焦后的光斑尺寸很小，并且通過電腦服務(wù)器13進(jìn)行控制掃描振鏡10的光路路徑，便可實(shí)現(xiàn)小面積和圖案化分布的皺紋結(jié)構(gòu)。因此與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案通過對(duì)pdms板8預(yù)拉伸后，利用激光作用于金屬板9產(chǎn)生局部高溫直接傳遞至pdms板8表面，待冷卻后釋放拉力而使得pdms板8恢復(fù)至自然狀態(tài)后，便可形成皺紋結(jié)構(gòu)，通過控制預(yù)拉力大小、激光光斑大小以及激光能量便可實(shí)現(xiàn)皺紋結(jié)構(gòu)尺寸的變化，因此本發(fā)明技術(shù)方案具有工藝簡(jiǎn)單優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，本發(fā)明技術(shù)方案中的激光經(jīng)過濾波和聚焦后的光斑很小，可達(dá)到微米甚至納米尺寸精度。通過電腦服務(wù)器13繪制圖案路徑控制掃描振鏡10的光路運(yùn)動(dòng)，便可實(shí)現(xiàn)圖案化分布制備皺紋結(jié)構(gòu)，因此具有圖案化快速、簡(jiǎn)便以及操作性好的優(yōu)點(diǎn)。另外，本發(fā)明技術(shù)方案相對(duì)于傳統(tǒng)工藝技術(shù)，可直接在空氣中進(jìn)行加工，不會(huì)產(chǎn)生有害氣體或者有害廢料，從而符合科學(xué)環(huán)保以及可持續(xù)發(fā)展的趨勢(shì)。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是在本發(fā)明的構(gòu)思下，利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)變換，或直接/間接運(yùn)用在其他相關(guān)的
技術(shù)領(lǐng)域：
均包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁12