專利名稱：Pdms彈性體表面硬質(zhì)薄膜層選區(qū)刻蝕的制備方法及應用的制作方法
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PDMS彈性體選區(qū)刻蝕的工藝方法。
背景技術(shù)：
近年來運用簡單快捷的方法、廉價的原料獲得薄膜表面微納尺度上的微結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為了材料科學以及化學領(lǐng)域的研究熱點之一。隨著微加工技術(shù)的飛速發(fā)展以及操作儀器精度的不斷提高，在聚合物薄膜表面進行微納尺度上的微結(jié)構(gòu)加工已經(jīng)發(fā)展出了許多成熟的加工方式，這些技術(shù)可以分為兩類一種是自上而下方法，即光刻技術(shù)、納米壓印技術(shù)、軟印刷技術(shù)、掃描探針加工技術(shù)等方法；另一種是自下而上方法，即基于物理、化學等結(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)。這些方法雖然在不同的方面有著各自的優(yōu)缺點，但是在苦于沒有新的加工方式被開發(fā)出現(xiàn)使得在聚合物薄膜表面進行微納尺度上進行微結(jié)構(gòu)的加工過程仍然是一個過程復雜、昂貴且耗時很久的過程。目前的發(fā)展趨勢是尋找 一種既簡單快捷又廉價的方式來進行在聚合物薄膜表面微納尺度上的微結(jié)構(gòu)的加工。聚二甲基娃氧燒(PDMS)作為一種有機娃材料在微電子產(chǎn)業(yè)中有著很多用途、易加工、光學性能良好并且有著獨特彈性的熱門材料已經(jīng)在如生物芯片、有機電子學、微流體芯片等新興領(lǐng)域得到了廣泛的應用，進而，如何在PDMS體系薄膜表面進行微納尺度上的微結(jié)構(gòu)加工已成為研究的熱點中的熱點。
發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供一種PDMS彈性體表面硬質(zhì)薄膜層選區(qū)刻蝕的制備方法，選用PDMS作為基底，利用簡單的操作方式廉價的試劑實現(xiàn)了在PDMS表面進行微納尺度上的微結(jié)構(gòu)加工，并做到了精確的調(diào)控微結(jié)構(gòu)的形貌，從而避免了造價高昂的儀器的使用以及繁瑣的操作步驟。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明PDMS彈性體表面硬質(zhì)薄膜層選區(qū)刻蝕的制備方法包括以下步驟(I)將PDMS預聚體與交聯(lián)劑按10:1混合，倒入一容器中，用玻璃棒勻速攪拌0. 5-1. 5小時，形成預聚合物；(2)若混合好的預聚合物中有小氣泡，則通過循環(huán)水式多用真空泵脫氣2小時；(3)將脫氣后的預聚合物放入恒溫鼓風干燥箱中，并在60攝氏度下固化6個小時，即得到PDMS膜；(4)將PDMS膜裁剪為IcmX Icm片材，將一銅網(wǎng)放在該PDMS膜片材的表面，用等離子體清洗器進行等離子體處理10分鐘，取下銅網(wǎng)，由此形成PDMS為基底、SiOx硬質(zhì)層為表層的PDMS雙層復合膜，(5)將PDMS雙層復合膜浸泡于摩爾濃度為2mol/L至5mol/L的氫氟酸溶液中處理5-40分鐘；
(6 )用蒸餾水沖洗PDMS雙層復合膜，并置于空氣中晾干，從而，PDMS雙層復合膜表面上形成有微結(jié)構(gòu)的選區(qū)刻蝕圖案。本發(fā)明PDMS彈性體表面硬質(zhì)薄膜層選區(qū)刻蝕的制備方法中，放置在PDMS膜片材表面的一層銅網(wǎng)可以是一個銅網(wǎng)，也可以是由兩個以上并列分布且目數(shù)和網(wǎng)眼形狀不同的銅網(wǎng)構(gòu)成。本發(fā)明獲得的PDMS彈性體表面硬質(zhì)薄膜層選區(qū)刻蝕圖案的尺寸可控制在微米或納米級別。本發(fā)明獲得的表面帶有微結(jié)構(gòu)的選區(qū)刻蝕圖案的PDMS多層復合膜在彈性印章、微轉(zhuǎn)移、細胞培養(yǎng)等方面具有廣泛的潛在應用。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是眾所周知，聚合物材料以其微納尺度的分子鏈結(jié)構(gòu)、簡單可控的合成反應以及卓 越的物理化學性能這三個優(yōu)勢使其在微觀結(jié)構(gòu)中得以廣泛應用。在眾多的聚合物材料中，聚二甲基硅氧烷(PDMS)作為一種有機硅材料在微電子產(chǎn)業(yè)中有著很多用途，更為重要的是PDMS在微納制造中有著其獨特且廣闊的應用前景。在微納尺度上，PDMS不僅用作元器件和基底材料，而且還經(jīng)常用作彈性體模具或彈性印章制備微觀結(jié)構(gòu)。本發(fā)明選區(qū)刻蝕的制備方法中是以PDMS彈性體作為基底，通過不同規(guī)格銅網(wǎng)的覆蓋，在PDMS表面以達到選擇性等離子體曝光，使得在PDMS表面被等離子體處理的地方變?yōu)镾iOx硬質(zhì)層，即獲得由PDMS彈性體與高分子薄膜構(gòu)成軟硬復合體系，而后在氫氟酸的輔助刻蝕下，達到選區(qū)刻蝕的效果，從而得到表面粗糙程度根據(jù)選區(qū)圖案化的不同而不同的微結(jié)構(gòu)，避免了利用微轉(zhuǎn)移的繁瑣和自組裝的耗時過長的缺點。本發(fā)明選區(qū)刻蝕的制備方法具有快速，簡單的特點，精細調(diào)控了 PDMS彈性體表面的圖案化微結(jié)構(gòu)的形貌，避免了使用昂貴的儀器、復雜的工藝條件和苛刻的實驗參數(shù)等缺點和不足。采用本發(fā)明選區(qū)刻蝕的制備方法制得的PDMS粗糙表面作為圖案化的微結(jié)構(gòu)在彈性印章、微轉(zhuǎn)移、細胞培養(yǎng)等方面有廣泛的潛在應用。本發(fā)明的方法具有快速，簡便的特點，且具有良好的重復性，可大面積實現(xiàn)PDMS表面微結(jié)構(gòu)的制備。制備的粗糙形貌具有圖案化可控的特點，尺寸可以達到微米級別甚至納米級別，本發(fā)明的方法制備的PDMS粗糙表面作為圖案化的微結(jié)構(gòu)在彈性印章、微轉(zhuǎn)移、細胞培養(yǎng)等方面有廣泛的潛在應用。
圖1-1為本發(fā)明實施例I中銅網(wǎng)為100目四方結(jié)構(gòu)PDMS選區(qū)刻蝕的光學顯微鏡圖片；圖1-2為本發(fā)明實施例I中銅網(wǎng)為100目六方結(jié)構(gòu)PDMS選區(qū)刻蝕的光學顯微鏡圖片；圖2-1為本發(fā)明實施例2中銅網(wǎng)為100目四方結(jié)構(gòu)PDMS選區(qū)刻蝕的光學顯微鏡圖片；圖2-2為本發(fā)明實施例2中銅網(wǎng)為100目六方結(jié)構(gòu)PDMS選區(qū)刻蝕的光學顯微鏡圖片；圖3-1為本發(fā)明實施例3中銅網(wǎng)為300目四方結(jié)構(gòu)PDMS選區(qū)刻蝕的光學顯微鏡圖片；圖3-2為本發(fā)明實施例3中銅網(wǎng)為300目六方結(jié)構(gòu)PDMS選區(qū)刻蝕的光學顯微鏡圖片。
具體實施例方式以下通過實施例講述本發(fā)明的詳細過程，提供實施例是為了理解的方便，絕不是限制本發(fā)明。實施例I :(I)將PDMS預聚體與交聯(lián)劑按10:1混合，倒入一容器中，用玻璃棒勻速攪拌40分 鐘，形成預聚合物；(2)混合好的預聚合物中有小氣泡，通過循環(huán)水式多用真空泵脫氣2小時；(3)將脫氣后的預聚合物放入恒溫鼓風干燥箱中，并在60攝氏度下固化6個小時，即得到PDMS膜；(4)將固化好的PDMS膜裁剪為IcmX Icm片材,將一100目六方結(jié)構(gòu)的銅網(wǎng)和一100目四方結(jié)構(gòu)的銅網(wǎng)并列地放在該PDMS膜片材的表面，用等離子體清洗器進行等離子體處理10分鐘，取下銅網(wǎng)，由此形成PDMS為基底、SiOx硬質(zhì)層為表層的PDMS雙層復合膜，(5)將PDMS雙層復合膜浸泡于摩爾濃度為2. 5mol/L的氫氟酸溶液中處理5分鐘；(6)用蒸餾水沖洗該PDMS雙層復合膜，并置于空氣中晾干，從而，PDMS雙層復合膜表面上形成有微結(jié)構(gòu)的選區(qū)刻蝕圖案。其形貌見圖1-1和圖1-2，其中圖1-1是掩模銅網(wǎng)規(guī)格為100目四方結(jié)構(gòu)位置的選區(qū)刻蝕圖案的形貌，圖1-2是掩模銅網(wǎng)規(guī)格為100目六方結(jié)構(gòu)位置的選區(qū)刻蝕圖案的形貌。實施例2 ( I)將PDMS預聚體與交聯(lián)劑按10:1混合，倒入一容器中，用玻璃棒勻速攪拌I小時，形成預聚合物；(2)混合好的預聚合物中有小氣泡，通過循環(huán)水式多用真空泵脫氣2小時；(3)將脫氣后的預聚合物放入恒溫鼓風干燥箱中，并在60攝氏度下固化6個小時，即得到PDMS膜；(4)將固化好的PDMS膜裁剪為IcmX Icm片材，將一 100目六方結(jié)構(gòu)的銅網(wǎng)和一100目四方結(jié)構(gòu)的銅網(wǎng)并列地放在該PDMS膜片材的表面，用等離子體清洗器進行等離子體處理10分鐘，取下銅網(wǎng)，由此形成PDMS為基底、SiOx硬質(zhì)層為表層的PDMS雙層復合膜，(5)將PDMS雙層復合膜浸泡于摩爾濃度為4mol/L的氫氟酸溶液中處理20分鐘；(6)用蒸餾水沖洗該PDMS雙層復合膜，并置于空氣中晾干，從而，PDMS雙層復合膜表面上形成有微結(jié)構(gòu)的選區(qū)刻蝕圖案。其形貌見圖2-1和圖2-2，其中圖2-1是掩模銅網(wǎng)規(guī)格為100目四方結(jié)構(gòu)位置的選區(qū)刻蝕圖案的形貌，圖2-2是掩模銅網(wǎng)規(guī)格為100目六方結(jié)構(gòu)位置的選區(qū)刻蝕圖案的形貌。實施例3:(I)將PDMS預聚體與交聯(lián)劑按10:1混合，倒入一容器中，用玻璃棒勻速攪拌I. 5小時，形成預聚合物；(2)混合好的預聚合物中有小氣泡，通過循環(huán)水式多用真空泵脫氣2小時；
(3)將脫氣后的預聚合物放入恒溫鼓風干燥箱中，并在60攝氏度下固化6個小時，即得到PDMS膜；(4)將固化好的PDMS膜裁剪為IcmX Icm片材,將一 300目六方結(jié)構(gòu)的銅網(wǎng)和一300目四方結(jié)構(gòu)的銅網(wǎng)并列地放在該PDMS膜片材的表面，用等離子體清洗器進行等離子體處理10分鐘，取下銅網(wǎng)，由此形成PDMS為基底、SiOx硬質(zhì)層為表層的PDMS雙層復合膜，(5)將PDMS雙層復合膜浸泡于摩爾濃度為3mol/L的氫氟酸溶液中處理30分鐘；(6)用蒸餾水沖洗該PDMS雙層復合膜，并置于空氣中晾干，從而，PDMS雙層復合膜表面上形成有微結(jié)構(gòu)的選區(qū)刻蝕圖案。其形貌見圖3-1和圖3-2，其中圖3-1是掩模銅網(wǎng)規(guī)格為300目四方結(jié)構(gòu)位置的選區(qū)刻蝕圖案的形貌，圖3-2是掩模銅網(wǎng)規(guī)格為300目六方結(jié)構(gòu)位置的選區(qū)刻蝕圖案的形貌。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方形、正方形、正六邊形和圓 形中的一種。選區(qū)刻蝕圖案與所選用掩模銅網(wǎng)的目數(shù)和尺寸向一致。圖1-1、圖1-2、圖2-1、圖2-2、圖3-1和圖3_2所示的由本發(fā)明制備方法獲得的PDMS雙層復合膜選區(qū)刻蝕結(jié)構(gòu)，其尺寸均可控制在微米級。盡管上面結(jié)合圖對本發(fā)明進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式
，上述的具體實施方式
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)明的保護之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種PDMS彈性體表面硬質(zhì)薄膜層選區(qū)刻蝕的制備方法，包括以下步驟 (1)將PDMS預聚體與交聯(lián)劑按10:1混合，倒入一容器中，用玻璃棒勻速攪拌O.5-1小時，形成預聚合物； (2)若混合好的預聚合物中有小氣泡，則通過循環(huán)水式多用真空泵脫氣2小時； (3)將脫氣后的預聚合物放入恒溫鼓風干燥箱中，并在60攝氏度下固化6個小時，即得到I3DMS膜； (4)將PDMS膜裁剪為IcmXIcm片材，在該PDMS膜片材的表面放置一層銅網(wǎng)，用等離子體清洗器進行等離子體處理10分鐘，取下銅網(wǎng)，由此形成PDMS為基底、SiOx硬質(zhì)層為表層的PDMS雙層復合膜， (5)將PDMS雙層復合膜浸泡于摩爾濃度為2mol/L至5mol/L的氫氟酸溶液中處理5_40分鐘； (6 )用蒸餾水沖洗PDMS雙層復合膜，并置于空氣中晾干，從而，PDMS雙層復合膜表面上形成有微結(jié)構(gòu)的選區(qū)刻蝕圖案。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述PDMS彈性體表面硬質(zhì)薄膜層選區(qū)刻蝕的制備方法，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2所述PDMS彈性體表面硬質(zhì)薄膜層選區(qū)刻蝕的制備方法，其特征在于，放置在PDMS膜片材表面的一層銅網(wǎng)由兩個以上并列分布且目數(shù)和網(wǎng)眼形狀不同的銅網(wǎng)構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述PDMS彈性體表面硬質(zhì)薄膜層選區(qū)刻蝕的制備方法，其特征在于，刻蝕圖案的尺寸為微米或納米級別。
5.一種表面帶有微結(jié)構(gòu)的選區(qū)刻蝕圖案的PDMS多層復合膜在彈性印章、微轉(zhuǎn)移、細胞培養(yǎng)方面的應用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種PDMS彈性體表面硬質(zhì)薄膜層選區(qū)刻蝕的制備方法，包括以下步驟將PDMS預聚體與交聯(lián)劑按質(zhì)量比10:1混合后攪拌30-60min，真空泵脫氣2h后于60℃下固化6h得到PDMS膜；以銅網(wǎng)為掩膜選區(qū)進行等離子體處理10min，取下銅網(wǎng)，由此形成PDMS為底層、SiOx硬質(zhì)層為表層的PDMS雙層復合膜，將此樣品浸泡于2mol/L至5mol/L的氫氟酸溶液中處理5-40min后即在PDMS雙層復合膜表面上形成有微結(jié)構(gòu)的選區(qū)刻蝕圖案。本發(fā)明利用簡單的操作方式廉價的試劑實現(xiàn)了對PDMS表面進行精確可控的微結(jié)構(gòu)加工，從而避免了造價高昂的儀器的使用以及繁瑣的操作步驟。
文檔編號B81C1/00GK102795592SQ20121024333
公開日2012年11月28日 申請日期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, 童屹 申請人:天津大學