CN106495088A - 一种模板热压制备维纳结构表面形貌的方法 - Google Patents

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张跃
杨闻帅
马明园
廖庆亮
陈步航
徐肖慧
何奕霖
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Abstract

本发明涉及纳米技术领域，提供了一种模板热压制备维纳结构表面形貌的方法，包括：一、预处理：对固定基板、压印模板，基底薄膜材料进行清洗；二、组装：将压印模板和基底薄膜材料紧密贴合并使用上下固定基板固定，形成薄膜层‑‑模板层层叠体；三、加热压印，薄膜‑模板层叠体加热，施加压力500~600N，维持20~30min；四、脱模，层叠体放入乙醇中，超声之后将压印模板和基底薄膜材料分离。本发明的有益效果为：构建薄膜‑模板层叠体，加热脱模后得到具有微纳结构表面形貌的聚合物薄膜。该方法不仅能得到尺寸小、重复性好的微纳结构表面形貌，而且制备工艺简单，成本低廉，可广泛应用于纳米压印以及微电子技术等领域。

Description

一种模板热压制备维纳结构表面形貌的方法
技术领域
本发明涉及纳米技术领域，特别涉及一种模板热压制备维纳结构表面形貌的方法。
背景技术
对材料表面进行维纳加工是现代微电子技术、纳米技术、能源技术等的核心工序之一。通过对材料表面的微纳加工处理，可以使材料表面呈现特定的图案，用于各种不同的目的，如：集成电路设计、MEMS系统设计、摩擦发电机摩擦层处理等。
目前主要运用的方式是刻蚀，包括等离子刻蚀、电子束刻蚀、化学刻蚀等。刻蚀方法可以赋予材料较为完好的设计图案。但是，由于刻蚀法需要特定的仪器与设备，处理时间长，所以会在一定程度上降低生产效率，增加生产成本。
还没有见到用模板热压制备维纳结构表面形貌的相关现有技术。
发明内容
本发明的目的就是克服现有技术的不足，提供了一种模板热压制备维纳结构表面形貌的方法，操作简便，环保节能。
本发明一种模板热压制备维纳结构表面形貌的方法，包括如下步骤：
步骤一、预处理：对固定基板、压印模板，基底薄膜材料进行清洗；
步骤二、组装：将压印模板和基底薄膜材料紧密贴合并使用上下固定基板固定，形成薄膜层‐‐模板层层叠体；
步骤三、加热压印：将步骤二中的薄膜‐模板层叠体加热，施加压力，维持20～30min，然后取出层叠体；
步骤四、脱模；将步骤三中层叠体放入乙醇中，超声之后将压印模板和基底薄膜材料分离，得到带有微纳结构表面形貌的薄膜材料。
进一步的，步骤一中所述清洗，按照如下方法进行：依次放入丙酮、乙醇、异丙醇、去离子水中分别超声清洗5～10min。
进一步的，步骤二中所述压印模板为不锈钢丝网、黄铜丝网、紫铜丝网、银丝网、钨丝网、尼龙丝网中的任意一种。
进一步的，步骤二中所述基底薄膜材料为聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷中的任意一种。
进一步的，步骤二中施加压力的方法为使用耐高温的夹具对上下固定基板施加压力。
进一步的，步骤三中加热采用梯度加温的方式。
进一步的，步骤四中超声分离基底薄膜材料和压印模板的时间分别为5～10分钟。
本发明的有益效果为：
1.该方法能得到尺寸小、重复性好的微纳结构表面形貌；
2.具有制备工艺简单，成本低廉的优势，可广泛应用于纳米压印以及微电子技术等领域。
附图说明
图1所示为本发明实施例一种模板热压制备维纳结构表面形貌的方法的制造工艺流程图。
图2所示为薄膜‐模板层叠体三维视图。
图3所示为薄膜‐模板层叠体二维侧视图。
图4所示为本发明实施例所用丝网压印模板的扫描电子显微镜表征图像。
图5所示为聚合物薄膜脱模的过程示意图。
图6所示为制备的具有微纳表面形貌的聚合物薄膜扫描电子显微镜表征图像。
其中：1-耐热夹、2-固定基板、3-压印模板、4-基底薄膜材料。
具体实施方式
下文将结合具体附图详细描述本发明具体实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。在下述实施例的附图中，各附图所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。
如图1-6所示，本发明实施例一种模板热压制备维纳结构表面形貌的方法，包括如下步骤：
步骤一、预处理：对固定基板2、压印模板3，基底薄膜材料4进行清洗；
步骤二、组装：将压印模板3和基底薄膜材料4紧密贴合并使用上下固定基板2固定，形成薄膜层‐‐模板层层叠体；
步骤三、加热压印：将步骤二中的薄膜‐模板层叠体加热，施加压力，维持20～30min，然后取出层叠体；
步骤四、脱模；将步骤三中层叠体放入乙醇中，超声之后将压印模板3和基底薄膜材料4分离，得到带有微纳结构表面形貌的薄膜材料。
优选的，步骤一中所述清洗，按照如下方法进行：依次放入丙酮、乙醇、异丙醇、去离子水中分别超声清洗5～10min。
优选的，步骤一中所述压印模板3的规格常以目数来表示，指2.54厘米长度上孔的数量，说明丝网的丝与丝之间的疏密程度；目数越高丝网越密，网孔越小，两者关系如表1所示：
表1 目数与孔径对应图
目数 500 800 1200 2000
孔径/μm 32 20 12 6
优选的，步骤二中所述压印模板3为不锈钢丝网、黄铜丝网、紫铜丝网、银丝网、钨丝网、尼龙丝网中的任意一种。
优选的，步骤二中所述基底薄膜材料4为聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷中的任意一种。
优选的，步骤二中施加压力的方法为使用耐高温的夹具对上下固定基板施加压力。
优选的，步骤三中加热采用梯度加温的方式。
优选的，步骤四中超声分离基底薄膜材料4和压印模板3的时间分别为5～10分钟。
实施例1
将固定基板2，压印模板3，基底薄膜材料4裁剪成合适尺寸，然后分别放入丙酮、乙醇、异丙醇、去离子水中分别超声清洗6min；将压印模板3、基底薄膜材料4与上下固定基板紧密贴合，使用耐热夹1对上下固定基板2进行固定，形成薄膜‐模板层叠体。将薄膜‐模板层叠体梯度加温，每50℃停顿2min，其中聚四氟乙烯薄膜、聚苯乙烯薄膜目标温度为350℃，聚甲基丙烯酸甲酯薄膜、聚二甲基硅氧烷薄膜为300℃，施加压力500～600N，加热20～30min，取出层叠体。将层叠体放入乙醇中超声，5～10分钟之后将压印模板3和基底薄膜材料4分离，得到带有微纳结构表面形貌的薄膜材料。
实施例2
将固定基板2，压印模板3，基底薄膜材料4裁剪成合适尺寸，然后分别放入丙酮、乙醇、异丙醇、去离子水中超声清洗10min。将压印模板3、基底薄膜材料4与上下固定基板2紧密贴合，使用耐热夹1对上下固定基板2进行固定，形成薄膜‐模板层叠体。将薄膜‐模板层叠体梯度加温，每50℃停顿2min，其中聚四氟乙烯薄膜、聚苯乙烯薄膜目标温度为350℃，聚甲基丙烯酸甲酯薄膜、聚二甲基硅氧烷薄膜为300℃，施加压力500～600N，加热25min，取出层叠体。将层叠体放入乙醇中超声，5～10分钟之后将压印模板3和基底薄膜材料4分离，得到带有微纳结构表面形貌的薄膜材料。
图1为本发明实施例的制造工艺流程图，图2为薄膜‐模板层叠体三维视图，图3为薄膜‐模板层叠体的二维侧视图，图4为所用丝网压印模板的扫描电子显微镜表征图像，图5为聚合物薄膜脱模的过程示意图，图6为最终制得的具有微纳表面形貌的聚合物薄膜扫描电子显微镜表征图像；可见脱模后得到的微纳结构薄膜边缘清晰，形貌规整，排列有序，具有很强的实用性。根据图6所示，制得聚合物薄膜的表面微纳结构尺寸为50‐100微米之间，并且具有规则分布的微纳结构表面形貌。
本发明的有益效果为：
1、该方法能得到尺寸小、重复性好的微纳结构表面形貌；
2、具有制备工艺简单，成本低廉的优势，可广泛应用于纳米压印以及微电子技术等领域。
本文虽然已经给出了本发明的几个实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。

Claims (7)

1.一种模板热压制备维纳结构表面形貌的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、预处理：对固定基板、压印模板，基底薄膜材料进行清洗；
步骤二、组装：将压印模板和基底薄膜材料紧密贴合并使用上下固定基板固定，形成薄膜层--模板层层叠体；
步骤三、加热压印：将步骤二中的薄膜-模板层叠体加热，施加压力，维持20~30min，然后取出层叠体；
步骤四、脱模：将步骤三中层叠体放入乙醇中，超声之后将压印模板和基底薄膜材料分离，得到带有微纳结构表面形貌的薄膜材料。
2.如权利要求1所述的模板热压制备维纳结构表面形貌的方法，其特征在于，步骤一中所述清洗，按照如下方法进行：依次放入丙酮、乙醇、异丙醇、去离子水中分别超声清洗5~10min。
3.如权利要求1所述的模板热压制备维纳结构表面形貌的方法，其特征在于，步骤二中所述压印模板为不锈钢丝网、黄铜丝网、紫铜丝网、银丝网、钨丝网、尼龙丝网中的任意一种。
4.如权利要求1所述的模板热压制备维纳结构表面形貌的方法，其特征在于，步骤二中所述基底薄膜材料为聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷中的任意一种。
5.如权利要求1-4任一项所述的模板热压制备维纳结构表面形貌的方法，其特征在于，步骤二中施加压力的方法为使用耐高温的夹具对上下固定基板施加压力。
6.如权利要求1-4任一项所述的模板热压制备维纳结构表面形貌的方法，其特征在于，步骤三中加热采用梯度加温的方式。
7.如权利要求1-4任一项所述的模板热压制备维纳结构表面形貌的方法，其特征在于，步骤四中超声分离基底薄膜材料的时间为5~10分钟，压印模板的时间为5~10分钟。
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