專利名稱：選區(qū)紫外臭氧處理結(jié)合溶劑溶脹的皺紋制備方法及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及聚合物的微結(jié)構(gòu)加工技術(shù)，具體涉及一種聚二甲基硅氧烷(PDMS)彈性體為基底的多層膜選區(qū)皺紋化的工藝方法。
背景技術(shù)：
隨著信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和集成度的提高，起皺作為一種制備微米、亞微米尺度微圖案的技術(shù)不同于傳統(tǒng)刻蝕技術(shù)，具有簡(jiǎn)單、快速、廉價(jià)的特點(diǎn)，因此制備大面積的皺紋圖案是當(dāng)前國(guó)際上的研究熱點(diǎn)，也是現(xiàn)代圖案化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。皺紋圖案化有許多廣泛的應(yīng)用，如傳感器和催化劑的載體、微電子器件中的低介電常數(shù)材料、藥物傳輸和緩釋材料等。在近幾年材料科學(xué)的研究領(lǐng)域中，利用聚合物材料可控合成微納米尺度的圖形結(jié)構(gòu)是其中之一。就復(fù)合材料而言，典型的研究模型集中在軟彈性體厚基底(如聚二甲基硅氧烷(PDMS))和其表面沉積的硬薄膜層二者構(gòu)成的軟硬復(fù)合體。其中，硬質(zhì)薄膜層可以通過表面 改性，化學(xué)沉積與層層自組裝等方法制備。目前基于聚合物的微結(jié)構(gòu)加工技術(shù)以加工方式可歸類為兩種途徑一種是自上而下方法，即通過光刻技術(shù)、納米壓印技術(shù)、軟印刷技術(shù)、掃描探針加工技術(shù)等，在特征尺寸上將人類創(chuàng)造的功能產(chǎn)品微小化，這種方法均采用宏觀的加工手段或設(shè)備制備出具有特定功能的微觀結(jié)構(gòu)，如大規(guī)模集成電路；另一種是自下而上方法，是指以原子(團(tuán))、分子(團(tuán))、分子鏈等為基本單元，根據(jù)人們的設(shè)計(jì)思路構(gòu)筑成具有特定功能的產(chǎn)品，這種方法通常是基于物理、化學(xué)等結(jié)構(gòu)特性制備規(guī)則有序的微結(jié)構(gòu)，比如自組裝技術(shù)。在平面的PDMS上通過表面改性，旋涂等方法構(gòu)筑多層薄膜，系統(tǒng)考察該軟/硬復(fù)合體被溶劑溶脹時(shí)薄膜表面皺紋結(jié)構(gòu)及微圖案的形成成為近幾年材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之
o

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供一種選區(qū)紫外臭氧處理結(jié)合溶劑溶脹的皺紋制備方法，選用PDMS為基底，精細(xì)調(diào)控了 PDMS多層復(fù)合膜的表面形貌，避免了使用昂貴的材料及儀器和復(fù)雜的工藝條件。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明選區(qū)紫外臭氧處理結(jié)合溶劑溶脹的皺紋制備方法包括以下步驟(I)將PDMS預(yù)聚體與交聯(lián)劑按質(zhì)量比10 I混合，倒入容器中用玻璃棒勻速攪拌30分鐘，形成預(yù)聚合物；(2)若混合好的預(yù)聚合物中有小氣泡，則通過循環(huán)水式多用真空泵脫氣1-2小時(shí)；(3)將脫氣后的預(yù)聚合物放入恒溫鼓風(fēng)干燥箱中，并在60攝氏度下固化6小時(shí)，SP得到TOMS膜；(4)將PDMS膜裁剪為IcmX Icm片材，將一銅網(wǎng)分別放在PDMS膜片材的表面，紫外臭氧處理30-40分鐘，使得TOMS膜片材表面處理層形成為SiOx硬質(zhì)層；
(5)取下銅網(wǎng)，在SiOx硬質(zhì)層表面旋涂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為f 5%濃度的PVP氯仿溶液，循環(huán)水式多用真空泵抽真空除去多余溶劑，抽真空時(shí)間設(shè)定為2小時(shí)，由此形成PDMS為基底，SiOx為中間層，PVP為表層的PDMS多層復(fù)合膜；(6)將PDMS多層復(fù)合膜置于一密閉容器中乙醇蒸汽誘導(dǎo)45小時(shí)，從而，PDMS多層復(fù)合膜表面上形成有微結(jié)構(gòu)的選區(qū)皺紋圖案。本發(fā)明選區(qū)紫外臭氧處理結(jié)合溶劑溶脹的皺紋制備方法，其皺紋圖案的尺寸可控制在微米級(jí)別。由本發(fā)明選區(qū)紫外臭氧處理結(jié)合溶劑溶脹的皺紋制備方法制得的表面帶有微結(jié)構(gòu)的選區(qū)皺紋圖案的PDMS多層復(fù)合膜可以應(yīng)用在生物工程、浸潤(rùn)性或微流控器件等方面。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是聚二甲基硅氧烷(PDMS)價(jià)格低廉，具有良好好的彈性、透光性，在較寬的溫度范 圍內(nèi)能夠保持其自然的柔韌性和彈性(抗壓縮形變)，無毒、易加工，是當(dāng)前應(yīng)用最多的微流控芯片材料之一。而PVP作為一種水溶性高分子化合物，具有水溶性高分子化合物的一般性質(zhì)，膠體保護(hù)作用、成膜性、粘結(jié)性、吸濕性、增溶或凝聚作用最具特色，因而受到人們重視的是其優(yōu)異的溶解性能及生理相容性。本發(fā)明以PDMS為基底，通過不同規(guī)格(尺寸和形狀)銅網(wǎng)的覆蓋進(jìn)行選擇性紫外臭氧處理，然后旋涂PVP氯仿溶液，形成了以聚二甲基硅氧烷(PDMS)為基底，SiOx為中間層，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)為表層的多層膜體系，再用乙醇蒸汽處理得到的復(fù)合膜，通過溶劑溶脹處理形成帶有微結(jié)構(gòu)的選區(qū)皺紋。本發(fā)明制備方法具有快速，簡(jiǎn)便的特點(diǎn)，避免了使用昂貴的材料、復(fù)雜的儀器和苛刻的工藝條件，且具有良好的重復(fù)性，可以調(diào)控多層膜體系表面形貌，可大面積實(shí)現(xiàn)多層膜表面皺紋化的制備以及高級(jí)結(jié)構(gòu)的形成。制備的褶皺形貌具有選區(qū)特點(diǎn)，尺寸為微米級(jí)別，本發(fā)明制備的多層膜表面形貌作為新穎的結(jié)構(gòu)可以在制備微流控器件，及在生物工程、組織工程和浸潤(rùn)性等方面具有很大的應(yīng)用價(jià)值。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例I制備的PDMS多層復(fù)合膜選區(qū)皺紋結(jié)構(gòu)的光學(xué)顯微鏡圖片；圖2為本發(fā)明實(shí)施例2制備的PDMS多層復(fù)合膜選區(qū)皺紋結(jié)構(gòu)的光學(xué)顯微鏡圖片；圖3為本發(fā)明實(shí)施例3制備的PDMS多層復(fù)合膜選區(qū)皺紋結(jié)構(gòu)的光學(xué)顯微鏡圖片；圖4為本發(fā)明實(shí)施例4制備的PDMS多層復(fù)合膜選區(qū)皺紋結(jié)構(gòu)的光學(xué)顯微鏡圖片。
具體實(shí)施例方式以下通過實(shí)施例講述本發(fā)明的詳細(xì)過程，提供實(shí)施例是為了理解的方便，絕不是限制本發(fā)明。實(shí)施例I :步驟(I)、將PDMS預(yù)聚體與交聯(lián)劑按質(zhì)量比10 I混合，倒入50毫升離心管中，用玻璃棒勻速攪拌30分鐘，使其充分混合形成預(yù)聚合物；步驟(2)、混合好的預(yù)聚合物中有小氣泡，通過循環(huán)水式多用真空泵脫氣I. 5小時(shí)；
步驟(3)、將脫氣完成后的預(yù)聚合物放入恒溫鼓風(fēng)干燥箱，并在60攝氏度下固化6小時(shí)，即得至IJ PDMS膜；步驟(4)、將固化好的PDMS膜剪切成IcmX Icm的片材，將一 50目四方形網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)的銅網(wǎng)放在該P(yáng)DMS膜表面，紫外臭氧處理30分鐘，使得PDMS膜片材表面處理層形成為SiOx硬質(zhì)層；步驟(5)、取下銅網(wǎng)，在SiOx硬質(zhì)層表面旋涂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的PVP氯仿溶液，通過循環(huán)水式多用真空泵除去多余氯仿溶劑，抽真空時(shí)間設(shè)定為2小時(shí)，由此形成PDMS為基底，SiOx為中間層，PVP為表層的PDMS多層復(fù)合膜；步驟(6)、將PDMS多層復(fù)合膜置于一密閉容器中，乙醇蒸汽溶脹45小時(shí)后得到選區(qū)皺紋，從而，PDMS多層復(fù)合膜表面上形成有微結(jié)構(gòu)的選區(qū)皺紋圖案，其形貌如圖I所示。實(shí)施例2
步驟(I)、將PDMS預(yù)聚體與交聯(lián)劑按質(zhì)量比10 I混合，倒入50毫升離心管中，用玻璃棒勻速攪拌30分鐘，使其充分混合形成預(yù)聚合物；步驟(2)、混合好的預(yù)聚合物中有小氣泡，通過循環(huán)水式多用真空泵脫氣2小時(shí)；步驟(3)、將脫氣完成后的預(yù)聚合物放入恒溫鼓風(fēng)干燥箱，并在60攝氏度下固化6小時(shí)，即得至IJ PDMS膜；步驟(4)、將固化好的PDMS膜剪切成IcmX Icm的片材，將一 50目四方形網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)的銅網(wǎng)放在該P(yáng)DMS膜表面，紫外臭氧處理35分鐘，使得PDMS膜片材表面處理層形成為SiOx硬質(zhì)層；步驟(5)、取下銅網(wǎng)，在SiOx硬質(zhì)層表面旋涂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的PVP氯仿溶液，通過循環(huán)水式多用真空泵除去多余氯仿溶劑，抽真空時(shí)間設(shè)定為2小時(shí)，由此形成PDMS為基底，SiOx為中間層，PVP為表層的PDMS多層復(fù)合膜；步驟(6)、將PDMS多層復(fù)合膜置于一密閉容器中，乙醇蒸汽溶脹45小時(shí)后得到選區(qū)皺紋，從而，PDMS多層復(fù)合膜表面上形成有微結(jié)構(gòu)的選區(qū)皺紋圖案，其形貌見圖2。實(shí)施例3 步驟(I)、將PDMS預(yù)聚體與交聯(lián)劑按質(zhì)量比10 I混合，倒入50毫升離心管中，用玻璃棒勻速攪拌30分鐘，使其充分混合形成預(yù)聚合物；步驟(2)、混合好的預(yù)聚合物中有小氣泡，通過循環(huán)水式多用真空泵脫氣I小時(shí)；步驟(3)、將脫氣完成后的預(yù)聚合物放入恒溫鼓風(fēng)干燥箱，并在60攝氏度下固化6小時(shí)，即得至IJ PDMS膜；步驟(4)、將固化好的PDMS膜剪切成IcmX Icm的片材，將一 50目四方形網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)的銅網(wǎng)放在該P(yáng)DMS膜表面，紫外臭氧處理40分鐘，使得PDMS膜片材表面處理層形成為SiOx硬質(zhì)層；步驟(5)、取下銅網(wǎng)，在SiOx硬質(zhì)層表面旋涂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的PVP氯仿溶液，通過循環(huán)水式多用真空泵除去多余氯仿溶劑，抽真空時(shí)間設(shè)定為2小時(shí)，由此形成PDMS為基底，SiOx為中間層，PVP為表層的PDMS多層復(fù)合膜；步驟(6)、將PDMS多層復(fù)合膜置于一密閉容器中，乙醇蒸汽溶脹45小時(shí)后得到選區(qū)皺紋，從而，PDMS多層復(fù)合膜表面上形成有微結(jié)構(gòu)的選區(qū)皺紋圖案，其形貌見圖3。實(shí)施例4
步驟(I)、將PDMS預(yù)聚體與交聯(lián)劑按質(zhì)量比10 I混合，倒入50毫升離心管中，用玻璃棒勻速攪拌30分鐘，使其充分混合形成預(yù)聚合物；步驟(2)、混合好的預(yù)聚合物中有小氣泡，通過循環(huán)水式多用真空泵脫氣2小時(shí)；步驟(3)、將脫氣完成后的預(yù)聚合物放入恒溫鼓風(fēng)干燥箱，并在60攝氏度下固化6小時(shí)，即得至IJ PDMS膜；步驟(4)、將固化好的PDMS膜剪切成IcmX Icm的片材，將一 50目正六邊形網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)的銅網(wǎng)放在該P(yáng)DMS膜表面，紫外臭氧處理30分鐘，使得PDMS膜片材表面處理層形成為SiOx硬質(zhì)層；步驟(5)、取下銅網(wǎng)，在SiOx硬質(zhì)層表面旋涂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的PVP氯仿溶液，通過循環(huán)水式多用真空泵除去多余氯仿溶劑，抽真空時(shí)間設(shè)定為2小時(shí)，由此形成PDMS為基底， SiOx為中間層，PVP為表層的PDMS多層復(fù)合膜；
步驟(6)、將PDMS多層復(fù)合膜置于一密閉容器中，乙醇蒸汽溶脹45小時(shí)后得到選區(qū)皺紋，從而，PDMS多層復(fù)合膜表面上形成有微結(jié)構(gòu)的選區(qū)皺紋圖案，其形貌見圖4。圖I、圖2、圖3和圖4所示的由本發(fā)明制備方法獲得的PDMS多層復(fù)合膜選區(qū)皺紋結(jié)構(gòu)，其尺寸均控制在微米級(jí)。本發(fā)明中所采用的銅網(wǎng)目數(shù)和網(wǎng)眼形狀有多種選擇，銅網(wǎng)的目數(shù)可以選擇50目、100目、300目和1000目中的一種，銅網(wǎng)網(wǎng)眼的形狀可以選擇長(zhǎng)方形、正方形、正六邊形和圓形中的一種。銅網(wǎng)目數(shù)的不同對(duì)于選區(qū)皺紋圖案的形貌影響主要是皺紋產(chǎn)生的位置及形狀，例如隨銅網(wǎng)目數(shù)的增加，產(chǎn)生皺紋的區(qū)域由紫外曝光區(qū)變?yōu)榉瞧毓鈪^(qū)等。盡管上面結(jié)合圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式
，上述的具體實(shí)施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨的情況下，還可以作出很多變形，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種選區(qū)紫外臭氧處理結(jié)合溶劑溶脹的皺紋制備方法，包括以下步驟 (1)將PDMS預(yù)聚體與交聯(lián)劑按質(zhì)量比10 I混合，倒入容器中用玻璃棒勻速攪拌30分鐘，形成預(yù)聚合物； (2)若混合好的預(yù)聚合物中有小氣泡，則通過循環(huán)水式多用真空泵脫氣1-2小時(shí)； (3)將脫氣后的預(yù)聚合物放入恒溫鼓風(fēng)干燥箱中，并在60攝氏度下固化6小時(shí)，即得到PDMS 膜； (4)將PDMS膜裁剪為IcmXIcm片材，將一銅網(wǎng)放在PDMS膜片材的表面，紫外臭氧處理30-40分鐘，使得PDMS膜片材表面處理層形成為SiOx硬質(zhì)層； (5)取下銅網(wǎng)，在SiOx硬質(zhì)層表面旋涂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為f5%濃度的PVP氯仿溶液，循環(huán)水式多用真空泵抽真空除去多余溶劑，抽真空時(shí)間設(shè)定為2小時(shí)，由此形成PDMS為基底，SiOx為中間層，PVP為表層的PDMS多層復(fù)合膜； (6)將PDMS多層復(fù)合膜置于一密閉容器中乙醇蒸汽誘導(dǎo)45小時(shí)，從而，PDMS多層復(fù)合膜表面上形成有微結(jié)構(gòu)的選區(qū)皺紋圖案。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述選區(qū)紫外臭氧處理結(jié)合溶劑溶脹的皺紋制備方法，其特征在于 銅網(wǎng)的目數(shù)選擇50目、100目、300目和1000目中的一種，銅網(wǎng)網(wǎng)眼的形狀選擇長(zhǎng)方形、正方形、正六邊形和圓形中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述選區(qū)紫外臭氧處理結(jié)合溶劑溶脹的皺紋制備方法，其特征在于，皺紋圖案的尺寸為微米級(jí)別。
4.一種表面帶有微結(jié)構(gòu)的選區(qū)皺紋圖案的PDMS多層復(fù)合膜在生物工程、浸潤(rùn)性或微流控器件的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種選區(qū)紫外臭氧處理結(jié)合溶劑溶脹的皺紋制備方法，包括以下步驟將PDMS預(yù)聚體與交聯(lián)劑按質(zhì)量比10∶1混合后攪拌30min，真空泵脫氣1-2h后于60℃下固化6h得到PDMS膜；以銅網(wǎng)為掩膜選區(qū)紫外臭氧處理30-40min，使其表面選區(qū)形成SiOx硬層；取下銅網(wǎng)，在膜表面旋涂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1~5%的PVP氯仿溶液，形成PDMS為基底，SiOx為中間層，PVP為表層的多層復(fù)合膜；將多層復(fù)合膜置于密閉容器中乙醇蒸汽誘導(dǎo)45h，多層復(fù)合膜表面上形成有微結(jié)構(gòu)的選區(qū)皺紋圖案。本發(fā)明可精細(xì)調(diào)控PDMS多層復(fù)合膜的表面形貌，避免了使用昂貴的材料和復(fù)雜的工藝條件。
文檔編號(hào)B81C99/00GK102795595SQ20121024333
公開日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月13日
發(fā)明者魯從華, 郭慧 申請(qǐng)人:天津大學(xué)