CN102491257A

CN102491257A - 一种热塑性聚合物纳米通道的制作方法

Info

Publication number: CN102491257A
Application number: CN2011104458532A
Authority: CN
Inventors: 刘冲; 李经民; 柯学; 段亚杰; 范燕; 李萌
Original assignee: Dalian University of Technology
Current assignee: Dalian University of Technology
Priority date: 2011-12-28
Filing date: 2011-12-28
Publication date: 2012-06-13

Abstract

本发明公开了一种热塑性聚合物纳米通道的制作方法，本发明属于纳米制造技术领域。其特征是。该方法是在一定的温度和压力下，对带有微通道的热塑性聚合物基片进行压缩，利用热塑性聚合物材料的形变填充行为，将微通道缩小为纳通道。该方法无需使用昂贵的纳米掩膜、纳米模具和高级设备，成本低廉、制作快速。整个工艺过程高度可控，具有较好的可重现性，适合在普通实验室中推广应用，具有很好的市场应用前景。

Description

一种热塑性聚合物纳米通道的制作方法

技术领域

本发明属于纳米制造技术领域，具体涉及一种热塑性聚合物纳米通道的制作方法。

背景技术

在聚合物基片上制作纳米通道对于生物、化学、力学、电子等学科的研究具有重要意义。传统的纳通道制作技术需要昂贵的设备，很难在普通实验室中应用。近年发展起来的纳米压印、软刻蚀等技术利用带有纳米图形的模具将图形复制到聚合物基片上。他们虽然具有一定的应用潜力，但是也同样面临着需要昂贵的纳米掩膜等问题。

相比之下，一些基于“通道缩小”思想提出的纳通道制作方法受到了越来越多的关注。这类方法无需使用纳米掩膜和高级设备，采用先制作微通道，再通过一定的方式将其缩小到纳尺度的方式制作纳通道。该类方法中，比较有代表性的主要包括化学缩小法、热熔回流法和机械拉伸法。化学缩小法利用一种特殊光刻胶的交联反应，在微通道的内壁生成一层交联层，从而将通道缩小至纳米尺度。这种方法的主要缺点是，它需要使用一种特殊的光刻胶，在普通的聚合物上无法应用。热熔回流法利用选择性局部加热，使微通道周围的聚合物熔融并流入微通道，从而将通道尺寸减小到纳米尺度。这种方法的主要局限性是，无法对熔融聚合物流入通道的量进行控制，从而很难得到各向同性、均一的纳通道。此外，该方法采用的选择性局部加热方式也比较复杂。机械拉伸法采用一台拉伸机对微通道进行拉伸，利用拉伸过程中产生的“颈缩”现象将微通道缩小至纳米尺度。该方法的主要问题是，拉伸后的试件往往呈现出“哑铃”形的外形，而且拉伸后通道截面形状不规则，难以应用。

因此，发展一种简单、快速、低成本、具有广泛应用潜力的热塑性聚合物纳通道制作方法已成为纳米制造技术发展的迫切需求。

发明内容

本发明提供了一种制作热塑性聚合物纳通道的新方法。该方法利用玻璃态热塑性聚合物在热压缩时的形变填充行为，将微通道缩小至纳米尺寸。

本发明的技术方案如下：

在热压机上，首先利用一块带有微米结构的模具，对热塑性聚合物基片进行热压，得到微通道。然后，利用平整的压板对微通道进行压缩，从而得到纳通道。压缩过程的具体工艺过程如下：

(1)将带有微通道的热塑性聚合物基片放入热压机，并将抛光的平整的压板盖在基片上，使基片上带有微通道的一面朝上；

(2)利用热压机对基片和压板进行加热，当温度达到95℃～200℃时，施加1MPa～50MPa的压力，并保持30秒～15分钟；

(3)冷却基片和压板，取出压缩后的基片。

其中，微通道是指宽度在1μm至999μm之间、深度在1μm至999μm之间、长度在1μm至100mm之间的通道。纳通道是指宽度在1nm至999nm之间，深度在1nm至999nm之间，长度在1nm至100mm之间的通道。

热塑性聚合物可以是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚甲醛(POM)、聚酰胺(PA)、聚苯醚(PPO)、聚砜(PSU)、聚四氟乙烯(PTFE)、据对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚苯基硫醚(PPS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET，PETE)、环烯烃聚合物(COP)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、聚氨酯(PU)等。

平整的压板材料可以是碳钢、合金钢、铝、铜、铁、锡、镍、金、钛、钼、铬、铝合金、钛合金等。

本发明的有益效果是无需纳米掩膜、纳米模具、昂贵设备和复杂工艺、成本低廉、制作快速，整个工艺过程高度可控，具有较好的可重现性，可以在普通实验室中推广应用，具有很好的市场应用前景。

具体实施方式

以下结合技术方案详细说明本发明的实施方式。

实施例1

(1)将一块带有20μm宽、20μm深、2mm长直线微通道的PMMA基片放在热压机操作台上。使基片上带有微通道的一面朝上；

(2)将一块双面抛光的镍基压板放在PMMA基片上；

(3)通过热压机对PMMA基片和镍压板进行加热；

(4)当温度升高到105℃时，通过热压机对镍板施加压力；

(5)当压力达到8MPa时，保持温度和压力3分钟，之后开始冷却；

(6)当温度下降到30℃～40℃时，卸掉压力，取出PMMA基片，得到纳通道。

Claims

1.一种热塑性聚合物纳米通道的制作方法，其特征在于：利用一块带有微米结构的模具，对热塑性聚合物基片进行热压，得到微通道，利用一块平整的压板对带有微通道的热塑性聚合物基片进行压缩，将微通道缩小为纳通道；具体工艺过程如下：

(1)将带有微通道的热塑性聚合物基片放入热压机，并将平整的压板盖在基片上，使基片上带有微通道的一面朝上；

(3)冷却基片和压板，取出压缩后的基片。

2.根据权利要求1所述的一种热塑性聚合物纳米通道的制作方法，其特征在于：所述的热塑性聚合物是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚甲醛(POM)、聚酰胺(PA)、聚苯醚(PPO)、聚砜(PSU)、聚四氟乙烯(PTFE)、据对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚苯基硫醚(PPS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET，PETE)、环烯烃聚合物(COP)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、聚氨酯(PU)。

3.根据权利要求1或2所述的一种热塑性聚合物纳米通道的制作方法，其特征在于：所述的平整压板材料是碳钢、合金钢、铝、铜、铁、锡、镍、金、钛、钼、铬、铝合金、钛合金、硅、玻璃、石英、木材。