CN103569950A - 一种超疏液表面的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种超疏液表面的制备方法，包括：在基板上涂覆具有黏附性的高分子涂层；在所述高分子涂层上刻蚀获得T型微纳米结构；使用加热可固化材料转印获得T型微纳米结构；对所述转印获得的T型微纳米结构进行疏水处理，使所述转印获得的T型微纳米结构的表面形成疏水薄膜。由于本申请使用加热可固化材料转印获得的T型微纳米结构，做为柔性模板，从而在多种可固化的高分子材料获得T型微纳米结构，不仅可保持高质量的超疏水超疏油性能，还具有柔性、透明等新特性。相比原有的Si深刻蚀工艺，成本显著降低。此外，高分子材料的易脱模、高精度、耐用性，使得两次软复制过程均可多次重复，因此显著稀释了制备成本。
Description
技术领域
本申请涉及半导体加工工艺技术领域，尤其涉及一种超疏液表面的制备方法。
背景技术
近三十年来，通过模拟荷叶、水蜘蛛等自然界的微纳米结构，人们利用微机电系统（Micro-Electro-Mechanic System，MEMS）技术、纳米技术等成功研制了许多接触角超过150度且易于滑动的超疏水材料。但是表面张力低的液体，例如油类、有机溶剂等，表面张力通常只有水的1/3，在这种超疏水表面一般会迅速铺展开从而无法获得90度以上的疏油效果。而具有150度以上接触角，且CAH很小的超疏油表面通常具备可靠的超疏水特性，因此也被称超疏液表面。图1为超疏液表面的结构示意图，包括基底11和T型微纳米结构，T型微纳米结构设置在基底11上。T型微纳米结构包括柱体12和盖体13，盖体13设置在柱体的顶部。现有技术中，可在硅基板使用干法刻蚀整齐排列的倒悬结构，可以实现疏水疏油的效果。但是，干法刻蚀受限于极少数材料，如硅、二氧化硅等，且加工成本高，使其很难形成产业化生产。
发明内容
本申请要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种超疏液表面的制备方法。
本申请要解决的技术问题通过以下技术方案加以解决：
一种超疏液表面的制备方法，包括：
在基板上涂覆具有黏附性的高分子涂层；
在所述高分子涂层上刻蚀获得T型微纳米结构；
使用加热可固化材料转印获得T型微纳米结构；
对所述T型微纳米结构进行疏水处理，使所述T型微纳米结构的表面形成疏水薄膜。
上述方法中，所述基板包括硅基板。
上述方法中，所述在基板上涂覆具有黏附性的高分子涂层，包括：
使用旋涂法在所述基板上涂覆具有黏附性的第一高分子涂层；
使用旋涂法在所述第一高分子涂层上涂覆具有黏附性的第二高分子涂层。
上述方法中，所述第一高分子涂层的刻蚀速率大于所述第二高分子涂层的刻蚀速率。
上述方法中，所述第一高分子涂层的刻蚀速率与所述第二高分子涂层的刻蚀速率和比值大于等于10。
上述方法中，所述第一高分子涂层包括含有PMMA的共聚物，所述第二高分子涂层包括SU-8光刻胶。
上述方法中，所述在所述高分子涂层上刻蚀获得T型微纳米结构，包括：
使用所述第二高分子涂层的显影剂来显影所述第二高分子涂层，获得特定的微米或纳米图形；
使用特定溶剂通过显影后的所述第二高分子涂层，刻蚀所述第一高分子涂层；
在所述第二高分子涂层和所述第一高分子涂层上形成T型结构。
上述方法中，所述显影剂包括SU-8显影剂，所述特定溶剂包括AR300-26显影剂或可溶解PMMA有机溶剂。
上述方法中，所述使用加热可固化材料转印获得T型微纳米结构，包括：
将液相的加热可固化材料灌注充满所述高分子涂层的倒T型微纳结构；
固化所述加热可固化材料；
将所述加热可固化材料从所述基板上脱模，获得与所述倒T型微纳米结构互补的所述T型微纳米结构。
上述方法中，所述加热可固化材料包括聚二甲基硅氧烷、三元乙丙橡胶、丁晴橡胶、顺丁胶或氯丁胶。
由于采用了以上技术方案，使本申请具备的有益效果在于：
在本申请的具体实施方式中，由于在基板上涂覆具有黏附性的高分子涂层，在高分子涂层上刻蚀获得T型微纳米结构，使用加热可固化材料转印获得T型微纳米结构，再使用加热可固化材料转印获得的T型微纳米结构，做为柔性模板，从而在多种可固化的高分子材料获得T型微纳米结构，不仅可保持高质量的超疏水超疏油性能，还具有柔性、透明等新特性。相比原有的Si深刻蚀工艺，成本显著降低。此外，高分子材料的易脱模、高精度、耐用性，使得两次软复制过程均可多次重复，因此显著稀释了制备成本。
附图说明
图1为超疏液表面的结构示意图；
图2为本申请的超疏液表面的制备方法在一种实施方式中的流程图；
图3为本申请的超疏液表面的制备方法制备的超疏液表面的示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。
本申请的过刻蚀微纳结构实现超疏液材料的制备方法是基于使用可控过刻蚀法刻蚀硅基板，以弹性体材料为辅助，并首次运用双层高分子的旋涂沉积法，将硅模板结构转印到加热可固化材料，结合软复制工艺，在硅基板上完成刻蚀后，通过弹性材料可多次转印至加热可固化材料，解决了硅基板坚硬，难以刻蚀，使其难以在开展工业化生产的难题，且实现材料多种化，稀释了成本。
本申请使用聚二甲基硅氧烷（PDMS）、三元乙丙橡胶、丁晴橡胶、顺丁胶、氯丁胶等做为中间层弹性材料，聚二甲基硅氧烷（PDMS）、三元乙丙橡胶、丁晴橡胶、顺丁胶、氯丁胶等均为热固性弹性体，可将微纳米结构精确地转印到任意加热可固化材料，再经简单的疏水处理，可实现疏水疏油的优良性能，可重复性高，同时赋予了材料自身的特点，如透光性、柔韧性等。
超疏液表面包括基底11和T型微纳米结构，T型微纳米结构有多个，且设置在基底11上。T型微纳米结构包括柱体12和盖体13，盖体13设置在柱体的顶部。
如图2所示，本申请的超疏液表面的制备方法，其一种实施方式，包括：
步骤202：在基板上涂覆具有黏附性的高分子涂层。基板可以选用硅基板。
步骤204：在高分子涂层上刻蚀获得T型微纳米结构。
步骤206：使用加热可固化材料转印获得T型微纳米结构。
步骤208：对转印获得的T型微纳米结构进行疏水处理，使转印获得的T型微纳米结构的表面形成疏水薄膜。
本申请的超疏液表面的制备方法，其另一种实施方式，包括以下步骤：
步骤302：使用有机溶剂或氢氟酸清洗硅基板；
步骤304：使用旋涂法在硅基板上涂覆具有黏附性的第一高分子涂层。
在硅基板上先旋涂第一高分子涂层，第一高分子涂层的厚度在0.5微米以内，在本实施方式中，设定第一高分子涂层的厚度为0.5微米。烘烤第一高分子涂层，烘烤时间设定为30min。第一高分子涂层包括含有PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）的共聚物，在本实施方式中，第一高分子涂层使用AR5460旋涂获取。第一高分子涂层的厚度与T型微纳米结构的盖体的厚度相配合。
步骤306：使用旋涂法在第一高分子涂层上涂覆具有黏附性的第二高分子涂层。第二高分子涂层的厚度与T型微纳米结构的柱体的厚度配合。
第二高分子涂层包括SU-8光刻胶，其旋涂厚度要在第一高分子涂层的10倍以上，在本实施方式中，设定第二高分子涂层的厚度为10微米，烘烤时间设为40分钟。
第一高分子涂层的刻蚀速率大于第二高分子涂层的刻蚀速率，在一种实施方式中，第一高分子涂层的刻蚀速率与第二高分子涂层的刻蚀速率的比值大于等于10。
步骤308：使用第二高分子涂层的显影剂来显影第二高分子涂层，获得特定的微米或纳米图形。显影剂可以使用SU-8显影剂，如美国Microchem公司的SU-8显影剂。
步骤310：使用特定溶剂通过显影后的第二高分子涂层，刻蚀第一高分子涂层。特定溶剂可使用AR300-26显影剂，如德国AR公司的AR300-26显影剂，也可以使用一些可以溶解PMMA的有机溶剂，如丙酮、甲苯、乙醇等。
步骤312：在第二高分子涂层和第一高分子涂层上形成T型微纳米结构。
步骤314：将液相的加热可固化材料灌注充满高分子涂层的倒T型微纳结构。
黏附在硅基板上的第一高分子涂层和第二高分子涂层刻蚀得到T型微纳米结构后，T型微纳米结构后周围为倒T型微纳米结构的空隙。使用液相、可固化的弹性体材料，灌注充满倒T型微纳结构的空隙中，并抽真空，确保液体完全充满空隙且无气泡。
步骤316：使液相的加热可固化材料固化。加热或紫外照射等方式固化液相的加热可固化材料。
加热可固化材料包括聚二甲基硅氧烷、三元乙丙橡胶、丁晴橡胶、顺丁胶或氯丁胶。
步骤318：取出固化后的加热可固化材料，获得超疏液表面。待液相的加热可固化材料完全固化后，将具有弹性的可固化材料从倒T型微纳米结构的空隙脱模，即可获得T型微纳米结构的超疏液表面。
步骤320：对超疏液表面的T型微纳米结构进行疏水处理，使T型微纳米结构的表面形成疏水薄膜。
图3为本申请的超疏液表面的制备方法制备的超疏液表面的示意图，其中31为基板，32为第一高分子涂层，33为第二高分子涂层，34为加热可固化材料。将加热可固化材料34取出后，经过低表面能修饰如沉积碳氟化合物薄膜或单分子自组装，即可成为超疏液表面。使用该超疏液表面作为母版注入可固化的弹性体材料如聚二甲基硅氧烷，脱模后即可做为中间模板，再注入另一种材质的加热可固化材料，脱模后得到另一种材质的超疏液表面，注入不同的材料，即可具有新的特性，例如硬质、透光、生物兼容性等。母版和中间模板都可重复使用，因具有弹性而便于脱模。本申请的超疏液表面的制备方法，使得廉价、高性能、多材质的超疏液材料成为可能，并可具有多种材料特性如柔性透明，可望用于塑料薄膜、生物及医学材料的抗污染、低阻力表面处理等等领域。
以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。
Claims (10)
1.一种超疏液表面的制备方法，其特征在于，包括：
在基板上涂覆具有黏附性的高分子涂层；
在所述高分子涂层上刻蚀获得T型微纳米结构；
使用加热可固化材料转印获得T型微纳米结构；
对所述转印获得的T型微纳米结构进行疏水处理，使所述转印获得的T型微纳米结构的表面形成疏水薄膜。
2.如权利要求1所述的超疏液表面的制备方法，其特征在于，所述基板包括硅基板。
3.如权利要求1所述的超疏液表面的制备方法，其特征在于，所述在基板上涂覆具有黏附性的高分子涂层，包括：
使用旋涂法在所述基板上涂覆具有黏附性的第一高分子涂层；
使用旋涂法在所述第一高分子涂层上涂覆具有黏附性的第二高分子涂层。
4.如权利要求3所述的超疏液表面的制备方法，其特征在于，所述第一高分子涂层的刻蚀速率大于所述第二高分子涂层的刻蚀速率。
5.如权利要求4所述的超疏液表面的制备方法，其特征在于，所述第一高分子涂层的刻蚀速率与所述第二高分子涂层的刻蚀速率和比值大于等于10。
6.如权利要求5所述的超疏液表面的制备方法，其特征在于，所述第一高分子涂层包括含有PMMA的共聚物，所述第二高分子涂层包括SU-8光刻胶。
7.如权利要求3所述的超疏液表面的制备方法，其特征在于，所述在所述高分子涂层上刻蚀获得T型微纳米结构，包括：
使用所述第二高分子涂层的显影剂来显影所述第二高分子涂层，获得特定的微米或纳米图形；
使用特定溶剂通过显影后的所述第二高分子涂层，刻蚀所述第一高分子涂层；
在所述第二高分子涂层和所述第一高分子涂层上形成T型结构。
8.如权利要求7所述的超疏液表面的制备方法，其特征在于，所述显影剂包括SU-8显影剂，所述特定溶剂包括AR300-26显影剂或可溶解PMMA有机溶剂。
9.如权利要求1至8中任一项所述的超疏液表面的制备方法，其特征在于，所述使用加热可固化材料转印获得T型微纳米结构，包括：
将液相的加热可固化材料灌注充满所述高分子涂层的倒T型微纳结构；
固化所述加热可固化材料；
将所述加热可固化材料从所述基板上脱模，获得与所述倒T型微纳米结构互补的所述T型微纳米结构。
10.如权利要求8所述的超疏液表面的制备方法，其特征在于，所述加热可固化材料包括聚二甲基硅氧烷、三元乙丙橡胶、丁晴橡胶、顺丁胶或氯丁胶。
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