CN102476503A - 一种基于高分子材料的微结构的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于高分子材料的微结构的制备方法，其特征在于：所述的制备方法包括以下步骤：将多羟基化合物溶液和多羧基化合物溶液均匀混合，配制成混合溶液冷却至室温；将配制好的混合溶液注入到打印机的墨盒内；在打印的加热过程中，促使多羟基化合物与多羧基化合物发生交联反应生成聚酯，从而在基板上形成稳定的基于高分子材料的微结构。利用打印技术将混合溶液直接打印到基板上，实现超材料的低成本、高效率的工业化生产；由于没有光刻技术对基板厚度和硬度的要求使得基板的选材范围变宽了，可以选择各类硬质或柔性的板材薄膜，也可以甚至是纸质的，实现了超材料的柔性基板，降低了超材料的成本。

Description

一种基于高分子材料的微结构的制备方法
【技术邻域】
本发明涉及超材料邻域，尤其涉及一种基于高分子材料的微结构的制备方法。
【背景技术】
超材料是一种以人造结构为基本单元、并以特定方式进行空间排布的具有自然界材料所不具有的、特殊物理化学性质的新型材料，它的特殊性质不是由其材料本身的化学组成，而是由其人造结构的特征所决定的。
超材料的特殊性质在很大程度上取决于材料的关键物理尺度，例如晶体在原子尺度上是排列有序的，正因为如此，晶体材料拥有一些无定型态所不具有的物理特征，由此类比，在其它层次上的有序排列则可能获得一定程度的自然界中的材料所不具有的物理性质。通常人造结构的尺寸为所需响应波长的十分之一，否则这些人造结构所组成的排列在空间中不能被视为连续。
超材料包括人造结构以及人造结构所附着的材料，该附着材料对人造结构起到支撑作用，因此可以是任何与人造结构不同的材料，这两种材料的叠加会在空间中产生一个等效介电常数与磁导率，而这两个物理参数分别对应了材料的电场响应与磁场响应。
超材料的制备在技术上目前主要通过光蚀刻、电化学沉积等技术在基底材料上镀上有特定重复图案的铜层来实现。由于光蚀刻等技术本身的限制，基底材料一般为硬质的FR4板。柔性可弯曲伸缩的基底材料或封装材料是现阶段许多研究小组正在致力研究的热点。目前所报道的超材料中，微结构单元的组成材料一般都是金属，如铜、金、银等，重复图案主要为开口谐振环(SRR)或者传输线结构。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于高分子材料的微结构的制备方法，利用打印技术将有机溶液直接打印到基板上，发生交联反应，从而在基板上形成基于高分子材料的微结构，实现超材料的低成本、高效率的工业化生产。
本发明解决技术问题所采用的技术方案为：一种基于高分子材料的微结构的制备方法，其特征在于：所述的制备方法包括以下步骤：
a、将多羟基化合物溶液和多羧基化合物溶液均匀混合，配制成混合溶液冷却至室温；
b、将配制好的混合溶液注入到打印机的墨盒内，作为打印机的墨水；
c、在打印的加热过程中，促使多羟基化合物与多羧基化合物发生交联反应生成聚酯，从而在基板上形成稳定的基于高分子材料的微结构。
所述的步骤还包括：d、将所述的基板烘干。
所述的混合溶液中羟基数量与羧基数量比为3∶10～4∶5。
进一步改进，根据所述的多羟基化合物和所述的多羧基化合物所带的官能团不同，制成具有不同性能的超材料，如导电性、生物性能。
所述的混合溶液中加入稀释剂来调节混合溶液中的粘度，使混合溶液的粘度为2～30CP。
所述的混合溶液中加入增塑剂来调节混合溶液中的粘度，使混合溶液的粘度为2～30CP。
所述的混合溶液的粘度为10～12CP。
进一步改进，控制所述混合溶液中的含水量来控制被打印出的微结构的效果。
所述的微结构的形状由电脑系统控制编排。
所述的稀释剂为苯、甲苯或正丁醇。
所述的增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯或聚乙二醇。
所述的基板材质为硬质的或柔性的板材或薄膜。
所述的基板为纸质基板。
其原理为：利用打印技术将含有多羟基化合物和多羧基化合物的混合溶液打印到基板上，在打印加热过程中，高温使得多羟基化合物和多羧基化合物发生交联反应生成聚酯，在基板上形成稳定的基于高分子材料的微结构。
本发明的有益效果为：
1、没有采用传统的金属材料如金、银、铜等，而是采用高分子材料作为超材料的微结构单元，根据高分子材料所带的官能团不同制成具有电学或生物性能的超材料，拓展了超材料的功能应用；
2、相对于传统的光蚀刻技术对材料的局限性和多步骤操作的复杂性，采用灵活简单且低成本、高效率的打印技术，实现超材料的低成本、高效率的工业化生产；同时也使得基板的选材范围变宽了，可以选择各类硬质或柔性的板材薄膜，也可以甚至是纸质的，实现了超材料的柔性基板，降低了超材料的成本；
3、微结构的形状可以由电脑系统控制编排，不需要额外的制作模板，简单、方便。
【附图说明】
图1为本实施例一的反应方程式。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种基于高分子材料的微结构的制备方法，所述的制备方法包括以下步骤：
a、将多羟基化合物溶液和多羧基化合物溶液均匀混合，配制成混合溶液冷却至室温，所述的配制好的混合溶液中羟基数量与羧基数量比为3∶10～4∶5；
b、将配制好的混合溶液注入到打印机的墨盒内，作为打印机的墨水；
c、在打印的加热过程中，促使多羟基化合物与多羧基化合物发生交联反应生成聚酯，从而在基板上形成稳定的基于高分子材料的微结构，所述的微结构的形状由电脑系统控制编排，不需要额外的制作模板；
d、将所述的基板烘干。
其原理为：利用打印技术将含有多羟基化合物和多羧基化合物的混合溶液打印到基板上，在打印加热过程中，高温使得多羟基化合物和多羧基化合物发生交联反应生成聚酯，在基板上形成稳定的基于高分子材料的微结构。
所述的混合溶液中加入稀释剂或增塑剂来调节混合溶液中的粘度，使混合溶液的粘度为2～30CP，优选为10～12CP，控制所述混合溶液中的含水量，使打印出的微结构的效果更佳；所述的稀释剂为苯、甲苯或正丁醇，所述的增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯或聚乙二醇；
没有采用传统的金属材料如金、银、铜等，而是采用高分子材料作为超材料的微结构单元，根据所述的多羟基化合物和所述的多羧基化合物所带的官能团不同，制成具有不同性能的超材料，如导电性、生物性能，拓展了超材料的功能应用。
相对于传统的光蚀刻技术对材料的局限性和多步骤操作的复杂性，采用灵活简单且低成本、高效率的打印技术，实现超材料的低成本、高效率的工业化生产；所述的基板材质为硬质的或柔性的板材或薄膜，也可以是纸质基板，使得基板的选材范围变宽了，实现了超材料的柔性基板，降低了超材料的成本。
实施例一：
将PVA粉末溶于水中，充分溶解形成均匀的PVA水溶液，将适量的SSA溶液加入到PVA水溶液中搅拌均匀冷却至室温，配制成羟基数量与羧基数量比为3∶10的有机高分子溶液，加入甲苯稀释剂调节有机高分子溶液的粘度，使有机高分子溶液的粘度为10CP，并且控制所述有机高分子溶液中的含水量，使打印出的微结构的效果更佳；
将制备好的有机高分子溶液注入到打印机墨盒内，作为打印机的墨水，打印加热过程中高温促使PVA与SSA发生交联反应生成聚酯，反应方程式如图1所示，从而在基板上形成稳定的基于高分子材料的微结构，然后将所述的基板在温度为80摄氏度的烘箱中烘干；所述的微结构的形状由电脑系统控制编排，不需要额外的制作模板。
实施例二：
将PVA粉末溶于水中，充分溶解形成均匀的PVA水溶液，将适量的SSA溶液加入到PVA水溶液中搅拌均匀冷却至室温，配制成羟基数量与羧基数量比为3∶5的有机高分子溶液，加入甲苯稀释剂调节有机高分子溶液的粘度，使有机高分子溶液的粘度为11CP，并且控制所述有机高分子溶液中的含水量，使打印出的微结构的效果更佳；
将制备好的有机高分子溶液注入到打印机墨盒内，作为打印机的墨水，打印加热过程中高温促使PVA与SSA发生交联反应生成聚酯，从而在基板上形成稳定的基于高分子材料的微结构，然后将所述的基板在温度为70摄氏度的烘箱中烘干；所述的微结构的形状由电脑系统控制编排，不需要额外的制作模板。
实施例三：
将PVA粉末溶于水中，充分溶解形成均匀的PVA水溶液，将适量的SSA溶液加入到PVA水溶液中搅拌均匀冷却至室温，配制成羟基数量与羧基数量比为4∶5的有机高分子溶液，加入甲苯稀释剂调节有机高分子溶液的粘度，使有机高分子溶液的粘度为12CP，并且控制所述有机高分子溶液中的含水量，使打印出的微结构的效果更佳；
将制备好的有机高分子溶液注入到打印机墨盒内，作为打印机的墨水，打印加热过程中高温促使PVA与SSA发生交联反应生成聚酯，从而在基板上形成稳定的基于高分子材料的微结构，然后将所述的基板在温度为85摄氏度的烘箱中烘干；所述的微结构的形状由电脑系统控制编排，不需要额外的制作模板。
应当理解，多羟基化合物和多羧基化合物不仅仅是上述实施例所列举的PVA和SSA，只要是含有多个羟基的化合物和多个羧基的化合物都可以适用于本发明；混合溶液中羟基的数量与羧基的数量的比不同使所形成的微结构的硬度也不相同。
在上述实施例中，仅对本发明进行了示范性描述，但是本邻域技术人员在阅读本专利申请后可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明进行各种修改。

Claims (11)

1.一种基于高分子材料的微结构的制备方法，其特征在于：所述的制备方法包括以下步骤：
a、将多羟基化合物溶液和多羧基化合物溶液均匀混合，配制成混合溶液冷却至室温；
b、将配制好的混合溶液注入到打印机的墨盒内，作为打印机的墨水；
c、在打印的加热过程中，促使多羟基化合物与多羧基化合物发生交联反应生成聚酯，从而在基板上形成稳定的基于高分子材料的微结构。
2.根据权利要求1所述的基于高分子材料的微结构的制备方法，其特征在于：所述的步骤还包括：d、将所述的基板烘干。
3.根据权利要求1所述的基于高分子材料的微结构的制备方法，其特征在于：所述的混合溶液中羟基数量与羧基数量比为3∶10～4∶5。
4.根据权利要求1所述的基于高分子材料的微结构的制备方法，其特征在于：所述的混合溶液中加入稀释剂来调节混合溶液中的粘度，使混合溶液的粘度为2～30CP。
5.根据权利要求1所述的基于高分子材料的微结构的制备方法，其特征在于：所述的混合溶液中加入增塑剂来调节混合溶液中的粘度，使混合溶液的粘度为2～30CP。
6.根据权利要求4或5所述的基于高分子材料的微结构的制备方法，其特征在于：所述的混合溶液的粘度为10～12CP。
7.根据权利要求1所述的基于高分子材料的微结构的制备方法，其特征在于：所述的微结构的形状由电脑系统控制编排。
8.根据权利要求4所述的基于高分子材料的微结构的制备方法，其特征在于：所述的稀释剂为苯、甲苯或正丁醇。
9.根据权利要求5所述的基于高分子材料的微结构的制备方法，其特征在于：所述的增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯或聚乙二醇。
10.根据权利要求1所述的基于高分子材料的微结构的制备方法，其特征在于：所述的基板材质为硬质的或柔性的板材或薄膜。
11.根据权利要求1所述的基于高分子材料的微结构的制备方法，其特征在于：所述的基板为纸质基板。
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