CN103616796B - 一种紫外光固化软印刷复合模板的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种紫外光固化软印刷复合模板的制备方法，包括如下步骤：1）对表面含有浮雕微纳米结构的原始母板进行表面防粘处理；2）将巯基-烯材料均匀涂覆在步骤1）中的经过防粘处理的原始母板；3）将一块透明的弹性胶质材料覆盖在步骤2）中的巯基-烯材料上；4）利用紫外光对巯基-烯材料进行固化；5）固化成型后，将巯基-烯材料结构层和弹性胶质材料组成的复合微纳米结构与步骤1）中的原始母板分离；6）对步骤5）中的复合微纳米结构进行表面防粘处理，制备获得紫外光固化软印刷复合模板。本发明的显著特点是制作成本低廉，工艺简单，分辨率高，制备过程无需刻蚀和高真空条件，促进了软印刷技术在微纳结构加工领域的广泛应用。

Description

一种紫外光固化软印刷复合模板的制备方法

技术领域

本发明属于微电子学与纳米电子学中的微纳加工领域，具体涉及一种紫外光固化软印刷复合模板的制备方法。

背景技术

软印刷技术的概念先于纳米压印技术在1993年首次提出。如同纳米压印一样，软印刷技术自提出后也受到广泛重视，在过去二十年中相继出现了许多衍生技术，例如微接触印刷，模型复制，模型转移，毛细管作用辅助微注模，有机溶剂辅助微注模等。软印刷技术已经成为与纳米压印技术平行发展的、在生物化学领域有许多应用的纳米图形复制技术。与纳米压印相比，软印刷技术具有工艺简单、无需压力、保形度高、分辨率高等优势，对于快速制备大面积的高分辨率的微纳结构具有较大的潜力。

目前常用的软印刷模板一般是利用易固化的弹性胶质材料通过浇注的方法制备而成。该类模板的杨氏模量较小，一般小于10MPa，严重限制了高分辨微纳结构的制备，所以采用双层结构的柔性复合模板，结构层是刚性材料，杨氏模量大于50MPa，增大了模板的分辨率；基底层是弹性胶质材料，增加了模板的保形性，在压印制备结构的过程中无需外界施加压力，简化了制备工艺。刚性结构层的柔性复合模板具有分辨率高、成本低、工艺简单、易操作等优点，在微纳结构的制备中拥有较大的发展潜力和广阔的应用前景。

目前用于制备聚合物模板的聚合物材料种类繁多，性能多样。本发明使用刚性的巯基-烯材料作为柔性复合模板的刚性结构层。2001年，诺贝尔奖获得者Sharpless等人提出并大力发展了一种有机反应的新概念---点击反应。点击反应具有对氧气或水不敏感、反应速率快、反应过程无副反应无副产物、反应条件温和、组分调节能力大以及独立于其他一般的有机综合反应等众多优点。目前，研究者们正在研究的巯基-烯材料在紫外光辐照下发生的聚合反应属于点击反应的一种，具备点击反应的众多优点且在聚合过程中材料收缩率很低，小于5%。另外，巯基-烯材料的原料种类繁多，性能可以调控，并且目前还没有应用于紫外光固化纳米压印聚合物模板的制备。所以本发明基于巯基-烯材料的优良性质，发展一种新型的紫外光固化刚性材料，通过紫外光固化软印刷技术制备高分辨、低成本、无需压力的柔性复合模板。

发明内容

本发明的目的是提供一种紫外光固化软印刷复合模板的制备方法，适合用于紫外光固化软印刷技术。与现有的软印刷复合模板加工工艺相比，具有工艺简单、成本低、产率高等优点。

本发明采用的技术方案为：一种紫外光固化软印刷复合模板的制备方法，包括以下步骤：

（1）获取表面含有浮雕微纳米结构的硅、石英或二氧化硅原始母板，并对母板进行表面处理；

（2）配制杨氏模量大于50MPa的巯基-烯材料；

（3）将步骤（2）中配制的巯基-烯材料均匀涂覆在步骤（1）中经过处理的原始母板上；

（4）获取一块用弹性胶质材料制备的柔性基板，轻轻地覆盖在步骤（3）中的巯基-烯材料上；

（5）放置在紫外光下固化；

（6）固化成型后，将由巯基-烯材料结构层和柔性基板组成的复合纳米结构从原始母板上剥离下来；

（7）对步骤（6）中的复合纳米结构进行与步骤（1）中相同的表面防粘处理，获得可用于紫外光固化软印刷技术的柔性复合模板。

进一步的，所述步骤（1）对母板进行表面处理具体如下：

（11）对母板表面进行氧气反应离子刻蚀，刻蚀功率为30W，氧气流量为40sccm，刻蚀时间为2分钟，以清洁结构表面；

（12）把步骤（11）中的母板放在防粘容器内，对防粘容器抽真空，使容器中的压强降低为5Pa；

（13）关闭真空阀门，保持容器中的压强，慢慢地打开表面活性剂（1H,1H,2H,2H-全氟癸基三氯硅烷）阀门，使容器的压强升到40Pa，然后关闭阀门，等待10分钟；

（14）打开真空阀门抽真空，使容器中压强再次降到5Pa，然后关闭真空阀，慢慢地打开超净水阀门，使容器中压强升到104Pa，关闭阀门，等待10分钟；

（15）重复（12）至（14）步骤两次；

（16）向防粘容器中冲入氮气，取出母板。

进一步的，所述步骤（2）中巯基-烯材料由巯基单体材料和烯烃单体材料光聚合反应生成，其中巯基单体材料包括聚巯基丙基硅氧烷、季戊四醇四-3-巯基丙酸酯、1,2-乙二硫醇、1,6-己二硫醇、烯丙氧丙基甲基硅氧烷均聚物；烯烃单体材料包括乙氧双酚A甲基丙烯酸双酯、三聚氰酸三烯丙酯、二甲基丙酸乙二醇酯、季戊四醇三丙烯酸酯。

进一步的，所述步骤（4）中用于制备柔性基底的弹性胶质材料为杨氏模量在1～20MPa范围内的，紫外光透过率大于90%的紫外光固化材料和热固化材料，包括巯基-烯材料，聚二甲基硅氧烷。

本发明的优点在于：

（1）本发明紫外光固化软印刷复合模板制备工艺简单，原材料丰富，成本低廉；

（2）模板制备过程中无需外界施加压力和高真空的环境，降低了制作成本；

（3）模板不需要刻蚀工艺，提高了产率。

综上所述，本发明解决了现有紫外光固化软印刷模板制作成本高、工艺复杂等问题，为软印刷技术模板的制备提供了一个新的途径，促进了软印刷技术在微纳加工领域的广泛应用。

附图说明

图1中1-1至图1-6是本发明的流程图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式详细介绍本发明。本发明的保护范围应包括权利要求的全部内容。通过以下实施例，本领域技术人员即可以实现本发明权利要求的全部内容。

具体实施例中一种紫外光固化软印刷复合模板的制备方法如图1所示，工艺过程如下：

（1）如图1-1所示，获取一块含有微纳米结构的原始母板1，母板的材质是硅、石英或二氧化硅，在使用前对其进行表面防粘处理；

（2）如图1-2所示，在经过处理的原始母板1上涂覆一层巯基-烯材料2；

（3）如图1-3所示，获取一块透明的柔性基底3对准压印在巯基-烯材料2上，静置1分钟，是巯基-烯材料2流平，保证柔性基底3与原始模板1之间没有气泡产生；

（4）如图1-4所示，将图1-3防粘在紫外光4下照射，光强是40mW/cm2，时间为30秒；

（5）如图1-5所示，在巯基-烯材料2固化成型后，将固化的复合结构5从原始母板1上剥离下来；

（6）如图1-6所示，对复合结构5进行表面修饰处理，制备完成紫外光固化柔性复合模板6。

Claims (1)

1.一种紫外光固化软印刷复合模板的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)获取表面含有浮雕微纳米结构的硅、石英或二氧化硅原始母板，并对母板进行表面防粘处理；

(2)配制杨氏模量大于50MPa的巯基-烯材料；

(3)将步骤(2)中配制的巯基-烯材料均匀涂覆在步骤(1)中经过处理的原始母板上；

(4)获取一块用弹性胶质材料制备的柔性基板，轻轻地覆盖在步骤(3)中的巯基-烯材料上；

(5)放置在紫外光下固化；

(6)固化成型后，将由巯基-烯材料结构层和柔性基板组成的复合结构从原始母板上剥离下来；

(7)对步骤(6)中的复合结构进行与步骤(1)中相同的表面防粘处理，获得可用于紫外光固化软印刷技术的柔性复合模板；

所述步骤(1)对母板进行表面防粘处理具体如下：

(11)对母板表面进行氧气反应离子刻蚀，刻蚀功率为30W，氧气流量为40sccm，刻蚀时间为2分钟，以清洁结构表面；

(12)把步骤(11)中的母板放在防粘容器内，对防粘容器抽真空，使容器中的压强降低为5Pa；

(13)关闭真空阀门，保持容器中的压强，慢慢地打开表面活性剂阀门，所述表面活性剂为1H,1H,2H,2H-全氟癸基三氯硅烷，使容器的压强升到40Pa，然后关闭阀门，等待10分钟；

(14)打开真空阀门抽真空，使容器中压强再次降到5Pa，然后关闭真空阀，慢慢地打开超净水阀门，使容器中压强升到104Pa，关闭阀门，等待10分钟；

(15)重复(12)至(14)步骤两次；

(16)向防粘容器中冲入氮气，取出母板；

所述步骤(2)中巯基-烯单体材料由巯基单体材料和烯烃单体材料光聚合反应生成，其中巯基单体材料包括聚巯基丙基硅氧烷、季戊四醇四-3-巯基丙酸酯、1,2-乙二硫醇、1,6-己二硫醇、烯丙氧丙基甲基硅氧烷均聚物；烯烃单体材料包括乙氧双酚A甲基丙烯酸双酯、三聚氰酸三烯丙酯、二甲基丙酸乙二醇酯、季戊四醇三丙烯酸酯；

所述步骤(4)中用于制备柔性基底的弹性胶质材料为杨氏模量在1～20MPa范围内的，紫外光透过率大于90％的紫外光固化材料和热固化材料，包括巯基-烯材料，聚二甲基硅氧烷。