CN103302939A - 自洁净结构及其制造方法 - Google Patents

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本发明公开一种自洁净结构及其制造方法，该自洁净结构包括基材，基材上形成有图形化的结构层，图形化的结构层上包覆一层疏水涂层；图形化的结构层为形成于基材表面上的凸起矩阵；所述凸起的高度大于等于500nm；疏水涂层的厚度小于等于100nm；基材为玻璃基材、陶瓷基材、金属基材、塑料基材、釉面基材或搪瓷基材。本发明中基材表面的图形化的结构层与基材为一体式结构，不会脱落，有效的保证了产品的质量和寿命，该图形化的结构层上包覆一层疏水涂层，增加了本发明自洁净结构的自洁净效果。

Description

自洁净结构及其制造方法
【技术领域】
本发明属于材料加工技术领域，特别涉及一种自洁净结构及其制造方法。
【背景技术】
高效抗污染的自洁净、自清洁材料一直备受关注。现有的抗污染、自洁净材料大多通过固定具有光催化或高亲水性的纳米粒子来实现其自清洁作用，但现有的技术不能保证纳米粒子的固定效果，从而影响了产品的质量和寿命。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种结构简单、制造方便的自洁净结构及其在基材表面的制造方法；可用于在玻璃、陶瓷、金属、塑料基材或釉面、搪瓷等基材的表面构造洁净效果好，耐磨损的自洁净结构。
为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：
一种自洁净结构，包括基材，基材上形成有图形化的结构层，图形化的结构层上包覆一层疏水涂层。
本发明进一步的改进在于：图形化的结构层为形成于基材表面上的凸起矩阵，该等凸起为三棱柱、四棱柱、多棱柱、圆柱、椭圆柱、半球或圆台。
本发明进一步的改进在于：所述凸起的高度大于等于500nm。
本发明进一步的改进在于：疏水涂层的厚度小于等于100nm。
本发明进一步的改进在于：基材为玻璃基材、陶瓷基材、金属基材、塑料基材、釉面基材或搪瓷基材。
本发明进一步的改进在于：所述基材的表面为曲面。
自洁净结构的制备方法，包括以下步骤：
(1)采用离心铺胶、喷胶或丝网印刷方法将液态的光刻胶材料涂敷到基材面，并在其表面上均匀分布；
(2)采用光刻或压印工艺，对基材上的光刻胶进行图形化加工，形成光刻胶图形结构；
(3)以光刻胶图形结构为掩膜，对基材进行图形化加工，在基板表面形成凸起矩阵，该等凸起矩形构成图形化结构层；
(4)去除基材表面的光刻胶图形化结构层；
(5)采用浸涂、离心铺胶、喷胶或丝网印刷方法将疏水涂层材料均匀涂敷到基材表面的图形化结构层上，完成基材表面的自洁净结构制作。
本发明进一步的改进在于：步骤中采用光刻工艺，对基材上的光刻胶进行图形化加工；所述光刻工艺中采用的掩膜板为柔性掩膜板。
本发明进一步的改进在于：所述柔性掩膜板包括柔性基板，柔性基板上方依次设有粘结层、金属图形结构层和柔性封装层；柔性基板的材质为聚碳酸酯或聚二甲基硅氧烷；粘结层的材质为环氧树脂胶粘剂；金属图形结构层的材质为铝或铜；柔性封装层的材质为聚二甲基硅氧烷；
所述柔性掩膜板的制备方法，包括以下步骤：
(S1)采用离心铺胶、喷胶或丝网印刷方法将液态的光刻胶材料涂敷到硅片基底的二氧化硅绝缘层表面上，并在二氧化硅绝缘层表面上均匀分布；
(S2)采用光刻或压印工艺，对硅片基底上的光刻胶进行图形化加工，形成光刻胶图形结构；
(S3)采用物理汽相淀积方法，在光刻胶图形结构上淀积一层金属材料，然后采用剥离法剥离光刻胶图形结构，在硅片基底的二氧化硅绝缘层表面形成金属图形结构层；
(S4)采用离心铺胶、喷胶或丝网印刷方法将粘结层材料均匀涂敷到金属图形结构层上，在金属图形结构层上形成粘结层；
(S5)将柔性基板覆盖到粘结层上，然后通过湿法刻蚀去除二氧化硅层，从而得到带有金属图形结构层的柔性基板。
本发明进一步的改进在于：所述柔性掩膜板包括柔性基板，柔性基板上方依次设有粘结层、金属图形结构层、媒介层和柔性封装层；柔性基板的材质为聚碳酸酯或聚二甲基硅氧烷；粘结层的材质为环氧树脂胶粘剂；金属图形结构层的材质为铝或铜；柔性封装层的材质为聚二甲基硅氧烷；媒介层的材质为聚甲基丙烯酸甲酯；
所述柔性掩膜板的制备方法，包括以下步骤：
(S1)采用离心铺胶、喷胶或丝网印刷方法将液态的光刻胶材料涂敷到硅片基底的二氧化硅绝缘层表面上，并在二氧化硅绝缘层表面上均匀分布；
(S2)采用光刻或压印工艺，对硅片基底上的光刻胶进行图形化加工，形成光刻胶图形结构；
(S3)采用物理汽相淀积方法，在光刻胶图形结构上淀积一层金属材料，然后采用剥离法剥离光刻胶图形结构，在硅片基底的二氧化硅表面形成金属图形结构层；
(S4)采用离心铺胶、喷胶或丝网印刷方法将媒介层材料均匀涂敷到硅片基底上的金属图形结构层表面，形成包覆金属结构的媒介层；
(S5)采用离心铺胶、喷胶或丝网印刷方法将粘结层材料均匀涂敷到柔性基板上，在柔性基板上形成粘结层；
(S6)通过湿法刻蚀去除硅片基底上的二氧化硅绝缘层，从而得到包覆金属图形结构层的媒介层；
(S7)将媒介层转移到带有粘结层的柔性基板上，使金属图形结构层粘结在粘结层上；
(S8)最后，在媒介层上覆盖柔性封装层，完成柔性掩膜板的制作。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明通过刻蚀等工艺在基材表面形成一层纳米级或微米级的图形化的结构层，然后在图形化的结构层上包覆一层疏水涂层；以此制备出自洁净性能更佳的自洁净结构；基材表面的图形化的结构层与基材为一体式结构，不会脱落，有效的保证了产品的质量和寿命，该图形化的结构层上包覆一层疏水涂层，增加了本发明自洁净结构的自洁净效果。
【附图说明】
图1为自洁净结构的分层示意图；
图中：1为基材(如玻璃、陶瓷、金属、塑料基材或釉面、搪瓷)，2为图形化的结构层，3为疏水涂层(如氟硅烷涂层)。
图2为自洁净结构的制造工艺流程图；
图3为第一种柔性掩膜板的结构示意图；
图4为第二种柔性掩膜板的结构示意图。
【具体实施方式】
请参阅图1所述，本发明自洁净结构，包括基材1，基材1上形成有图形化的结构层2，图形化的结构层2上包覆一层疏水涂层3。基材1可以为玻璃基材、陶瓷基材、金属基材、塑料基材或釉面基材、搪瓷基材；疏水涂层3可以选用氟硅烷涂层，疏水涂层3的厚度小于等于100nm。图形化的结构层2为形成于基材1表面上的凸起矩阵，该等凸起为三棱柱、四棱柱、多棱柱、圆柱、椭圆柱、半球或圆台，凸起的高度大于等于500nm。
本发明自洁净结构的制造方法包括下列步骤：
(1)采用离心铺胶、喷胶或丝网印刷方法将液态的光刻胶材料（如市售的AZ1500）涂敷到基材1（如玻璃、陶瓷、金属）表面，并在其表面上均匀分布；
(2)采用光刻或压印工艺，对基材1上的光刻胶进行图形化加工，形成光刻胶图形结构；
(3)以光刻胶图形结构为掩膜，利用湿法刻蚀（如氢氟酸刻蚀玻璃或陶瓷基材）或电解刻蚀（阳极氧化刻蚀金属基材）对基材1进行图形化加工，基材1的表面部分被刻蚀后，形成凸起矩阵，该等凸起矩形构成图形化结构层2；凸起为方柱或圆柱，凸起的高度大于等于500nm；
(4)去除基材1表面的光刻胶图形化结构层（如丙酮溶解光刻胶），得到基于基材表面的图形化结构层2；
(5)采用浸涂、离心铺胶、喷胶或丝网印刷方法将疏水涂层（如氟硅烷涂层）均匀涂敷到基材1表面的图形化结构层2上，完成基材表面的自洁净结构制作；疏水涂层3的厚度小于等于100nm。
其中的步骤，为了实现在曲面基材表面的光刻胶的图形化，光刻工艺需要采用柔性掩膜板；压印工艺需要采用柔性压印模具。
请参阅图3和图4所示，本发明中采用的柔性掩膜板可以采用图3或者图4所示的结构。
请参阅图3所示，本发明中采用的柔性掩膜板，包括柔性基板10，在柔性基板10上方依次设有粘结层20、金属图形结构层30和柔性封装层40。柔性基板10为透明性柔性材料构成，可以选用聚碳酸酯（PC）或聚二甲基硅氧烷（PDMS）；粘结层20选用环氧树脂胶粘剂；金属图形结构层30选用铝或铜；柔性封装层40选用聚二甲基硅氧烷。
该四层结构的柔性掩膜板的制备方法包括下列步骤：
(S1)采用离心铺胶、喷胶或丝网印刷方法将液态的光刻胶材料（如市售的AZ1500）涂敷到硅片基底的二氧化硅绝缘层表面上，并在二氧化硅绝缘层表面上均匀分布；
(S2)采用光刻或压印工艺，对基底上的光刻胶进行图形化加工，形成光刻胶图形结构；
(S3)采用物理汽相淀积PVD设备及工艺，在光刻胶图形结构上淀积一层金属材料（如铝或铜，Al，Cu），然后采用剥离法剥离光刻胶图形结构，在硅片基底的二氧化硅绝缘层表面形成金属图形结构层30；
(S4)采用离心铺胶、喷胶或丝网印刷方法将粘结层材料(如市售的环氧树脂胶粘剂)均匀涂敷到金属图形结构层30上，在金属图形结构层30上形成粘结层20；
(S5)将柔性基板10(如市售的聚碳酸酯，PC或聚二甲基硅氧烷，PDMS)覆盖到粘结层20上，然后湿法刻蚀去除二氧化硅绝缘层，从而得到带有金属图形结构层30的柔性基板10；
(S6)在金属图形结构层30上覆盖柔性封装层40(如市售的聚二甲基硅氧烷，PDMS)，完成柔性掩膜板的制作。
请参阅图4所示，本发明柔性掩膜板，包括柔性基板10，在柔性基板10上方依次设有粘结层20、金属结构层30、媒介层50和柔性封装层40。柔性基板10为透明性柔性材料构成，可以选用聚碳酸酯（PC）或聚二甲基硅氧烷（PDMS）；粘结层20选用环氧树脂胶粘剂；金属图形结构层30选用铝或铜；柔性封装层40选用聚二甲基硅氧烷；媒介层50选用聚甲基丙烯酸甲酯。
该五层结构的柔性掩膜板的制备方法包括下列步骤：
(S1)采用离心铺胶、喷胶或丝网印刷方法将液态的光刻胶材料（如市售的AZ1500）涂敷到硅片基底的二氧化硅绝缘层表面上，并在二氧化硅绝缘层表面上均匀分布；
(S2)采用光刻或压印工艺，对基底上的光刻胶进行图形化加工，形成光刻胶图形结构；
(S3)采用物理汽相淀积PVD设备及工艺，在光刻胶图形结构上淀积一层金属材料（如铝或铜，Al，Cu），然后采用剥离法剥离光刻胶图形结构，在硅片基底的二氧化硅绝缘层表面形成金属图形结构层30；
(S4)采用离心铺胶、喷胶或丝网印刷方法将媒介层材料(如市售的聚甲基丙烯酸甲酯，PMMA)均匀涂敷到基底上的金属图形结构层30表面，形成包覆金属结构层30的媒介层50；
(S5)采用离心铺胶、喷胶或丝网印刷方法将粘结层材料(如市售的环氧树脂胶粘剂)均匀涂敷到柔性基板10(如市售的聚碳酸酯，PC或聚二甲基硅氧烷，PDMS)上，在柔性基板10上形成粘结层20；
(S6)用湿法刻蚀，去除硅片基底上的二氧化硅绝缘层，从而得到包覆金属图形结构层30的媒介层50；
(S7)将媒介层50转移到带有粘结层20的柔性基板10上，使金属图形结构层30粘结在粘结层20上；
(S8)最后，在媒介层50上覆盖柔性封装层40(如市售的聚二甲基硅氧烷，PDMS)，完成柔性掩膜板的制作。

Claims (10)

1.一种自洁净结构，其特征在于，包括基材（1），基材（1）上形成有图形化的结构层（2），图形化的结构层（2）上包覆一层疏水涂层（3）。
2.根据权利要求1所述的一种自洁净结构，其特征在于，图形化的结构层（2）为形成于基材（1）表面上的凸起矩阵，该等凸起为三棱柱、四棱柱、多棱柱、圆柱、椭圆柱、半球或圆台。
3.根据权利要求2所述的一种自洁净结构，其特征在于，所述凸起的高度大于等于500nm。
4.根据权利要求1所述的一种自洁净结构，其特征在于，疏水涂层（3）的厚度小于等于100nm。
5.根据权利要求1所述的一种自洁净结构，其特征在于，基材（1）为玻璃基材、陶瓷基材、金属基材、塑料基材、釉面基材或搪瓷基材。
6.根据权利要求1所述的一种自洁净结构，其特征在于，所述基材（1）的表面为曲面。
7.权利要求1至6中任一项所述的自洁净结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)采用离心铺胶、喷胶或丝网印刷方法将液态的光刻胶材料涂敷到基材（1）面，并在其表面上均匀分布；
(2)采用光刻或压印工艺，对基材（1）上的光刻胶进行图形化加工，形成光刻胶图形结构；
(3)以光刻胶图形结构为掩膜，对基材（1）进行图形化加工，在基板（1）表面形成凸起矩阵，该等凸起矩形构成图形化结构层（2）；
(4)去除基材（1）表面的光刻胶图形化结构层；
(5)采用浸涂、离心铺胶、喷胶或丝网印刷方法将疏水涂层材料均匀涂敷到基材（1）表面的图形化结构层（2）上，完成基材表面的自洁净结构制作。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中采用光刻工艺，对基材（1）上的光刻胶进行图形化加工；所述光刻工艺中采用的掩膜板为柔性掩膜板。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述柔性掩膜板包括柔性基板（10），柔性基板（10）上方依次设有粘结层（20）、金属图形结构层（30）和柔性封装层（40）；柔性基板（1）的材质为聚碳酸酯或聚二甲基硅氧烷；粘结层（2）的材质为环氧树脂胶粘剂；金属图形结构层（3）的材质为铝或铜；柔性封装层（4）的材质为聚二甲基硅氧烷；
所述柔性掩膜板的制备方法，包括以下步骤：
(S1)采用离心铺胶、喷胶或丝网印刷方法将液态的光刻胶材料涂敷到硅片基底的二氧化硅绝缘层表面上，并在二氧化硅绝缘层表面上均匀分布；
(S2)采用光刻或压印工艺，对硅片基底上的光刻胶进行图形化加工，形成光刻胶图形结构；
(S3)采用物理汽相淀积方法，在光刻胶图形结构上淀积一层金属材料，然后采用剥离法剥离光刻胶图形结构，在硅片基底的二氧化硅绝缘层表面形成金属图形结构层（30）；
(S4)采用离心铺胶、喷胶或丝网印刷方法将粘结层材料均匀涂敷到金属图形结构层（30）上，在金属图形结构层（30）上形成粘结层（20）；
(S5)将柔性基板（10）覆盖到粘结层（20）上，然后通过湿法刻蚀去除二氧化硅层，从而得到带有金属图形结构层（30）的柔性基板（10）。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述柔性掩膜板包括柔性基板（10），柔性基板（10）上方依次设有粘结层（20）、金属图形结构层（30）、媒介层（5）和柔性封装层（40）；柔性基板（1）的材质为聚碳酸酯或聚二甲基硅氧烷；粘结层（2）的材质为环氧树脂胶粘剂；金属图形结构层（3）的材质为铝或铜；柔性封装层（4）的材质为聚二甲基硅氧烷；媒介层（5）的材质为聚甲基丙烯酸甲酯；
所述柔性掩膜板的制备方法，包括以下步骤：
(S1)采用离心铺胶、喷胶或丝网印刷方法将液态的光刻胶材料涂敷到硅片基底的二氧化硅绝缘层表面上，并在二氧化硅绝缘层表面上均匀分布；
(S2)采用光刻或压印工艺，对硅片基底上的光刻胶进行图形化加工，形成光刻胶图形结构；
(S3)采用物理汽相淀积方法，在光刻胶图形结构上淀积一层金属材料，然后采用剥离法剥离光刻胶图形结构，在硅片基底的二氧化硅表面形成金属图形结构层（30）；
(S4)采用离心铺胶、喷胶或丝网印刷方法将媒介层材料均匀涂敷到硅片基底上的金属图形结构层（30）表面，形成包覆金属结构的媒介层（50）；
(S5)采用离心铺胶、喷胶或丝网印刷方法将粘结层材料均匀涂敷到柔性基板（10）上，在柔性基板（10）上形成粘结层（20）；
(S6)通过湿法刻蚀去除硅片基底上的二氧化硅绝缘层，从而得到包覆金属图形结构层（30）的媒介层（5）；
(S7)将媒介层（50）转移到带有粘结层（20）的柔性基板（10）上，使金属图形结构层（30）粘结在粘结层（20）上；
(S8)最后，在媒介层（50）上覆盖柔性封装层（40），完成柔性掩膜板的制作。
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