CN106647165A - 一种基于柔性的可在任意曲面制造微纳结构的方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于柔性的可在任意曲面制造微纳结构的方法,先运用计算机三维测量重构技术将曲面物体表面重新构造出来，然后制备热塑性形状记忆聚合物印模，其一侧有微纳结构图案，另一侧涂有复合物；再在热塑性形状记忆聚合物印模图形区均匀的涂覆一层压印胶，用计算机辅助驱动控制器处理热塑性形状记忆聚合物印模上的复合物使热塑性形状记忆聚合物印模变形为曲面物体表面的形状，采取逆压印的方式将压印胶转印到曲面物体表面上，最后固化压印胶，脱模，并刻蚀曲面物体表面即可在曲面上制造出微纳结构图案，本发明具有制备工艺简单、成本低、制备周期短、印模可多次利用、以及可在曲面上做任意微纳结构等优点。

Description

一种基于柔性的可在任意曲面制造微纳结构的方法
技术领域
本发明属于微纳制造技术领域，尤其涉及一种基于柔性的可在任意曲面制造微纳结构的方法。
背景技术
随着微纳米技术的发展，微纳米技术不但推动着科技的进步，而且造就了现代知识经济的物质基础。例如，微纳米加工技术促使集成电路按照摩尔定律发展。在曲面上制造微纳结构有很多重要的应用，尤其在航空航天设备的超轻量化、微光机电系统、光谱分析设备等方面都有潜在的应用。
目前微纳制造工艺主要有光刻工艺，激光直写技术和纳米压印技术等。这些技术对于在曲面衬底上制造微纳结构来说存在很大的局限性。光刻工艺主要是使曝光部分或未曝光部分溶解形成表面微纳米浮雕图形。这种技术通常只能在平面上做结构，难以实现曲面上微纳结构的制造；激光直写技术，既可在平面上做微纳结构，又可在复杂曲面上做微纳结构，但其成本高，效率低，而且能做的微纳结构尺度也较大，一般是微米级的；纳米压印技术是将微纳结构图案转印到衬底表面上，主要应用于平面上微纳结构的制造，在曲面上可以采用拼接的方法制作微纳结构,但存在拼接误差，难以实现大幅面曲面上连续微纳结构的精确制造，并且，模具的拼接过程，也使得制造过程效率低，不适于快速制造。
发明内容
为了克服现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于柔性的可在任意曲面制造微纳结构的方法，具有制备方法简单、成本低、制备周期短的优点。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种基于柔性的可在任意曲面制造微纳结构的方法，包括以下步骤：
1)运用计算机三维测量及重构技术建立曲面物体的曲面模型，并编写程序；
2)制备热塑性形状记忆聚合物印模：首先，在平面衬底上制造微纳结构图案；其次，将配制好的聚合物溶液涂覆在平面衬底上，然后固化；最后，在聚合物表面上以阵列方式涂覆复合物，固化复合物，翻模即得到热塑性形状记忆聚合物印模；
3)在热塑性形状记忆聚合物印模图形区涂胶并在曲面物体表面上压印图案：先在热塑性形状记忆聚合物印模图形区表面涂覆一层压印胶；然后用第一步编好的程序驱动控制器处理热塑性形状记忆聚合物印模上的复合物，使热塑性形状记忆聚合物印模形状改变为曲面物体表面的形状；最后将热塑性形状记忆聚合物印模紧贴曲面物体表面上，将微纳图案转印到曲面物体表面上；
4)固化压印胶，脱模，并刻蚀曲面物体表面，即在曲面上制造出微纳结构图案。
所述的步骤2)中的聚合物为PDMS、PMMA、聚亚安酯或苯酚甲醛。
所述的步骤2)中的复合物为金纳米粒子或碳纳米管复合材料。
所述的步骤3)中的压印胶为卡夫特、EPG535或EPG533。
本发明的有益效果为：本发明只需改变相应程序就可驱动热塑性形状记忆聚合物印模变化为不同的曲面形状，热塑性形状记忆聚合物印模可多次利用，可在曲面上做任意微纳结构，具有制备周期短、制备工艺简单、成本低等优点。
附图说明
图1是制备热塑性形状记忆的聚合物印模示意图，图1(a)是平面衬底；图1(b)是热塑性形状记忆聚合物涂覆在平面衬底的示意图；图1(c)是热塑性形状记忆的聚合物印模示意图。
图2是热塑性形状记忆聚合物印模涂胶和被控制器处理后的聚合物印模形状，图2(a)是在热塑性形状记忆聚合物印模涂胶后的示意图；图2(b)是热塑性形状记忆聚合物印模经控制器处理后的形状。
图3是热塑性形状记忆聚合物印模将压印胶转印到曲面物体表面的示意图，图3(a)热塑性形状记忆聚合物印模紧贴在曲面物体表面的示意图；图3(b)是压印胶转印到曲面物体表面的示意图。
图4是曲面物体表面刻蚀后的状态。
图5是基于柔性的可在任意曲面制造微纳结构的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。
一种基于柔性的可在任意曲面制造微纳结构的方法，包括以下步骤：
1)运用计算机三维测量及重构技术建立曲面物体的曲面模型，并编写程序；
2)参照图1，制备热塑性形状记忆聚合物印模：首先，在平面衬底1上制造微纳结构图案；其次，按照聚合物和固化剂重量比10：1配制聚合物3PDMS溶液，并将配制好的聚合物3PDMS溶液涂覆在平面衬底1上，然后固化；最后，在聚合物3表面上以阵列方式涂金纳米粒子的复合物2，固化金纳米粒子的复合物2，翻模即可得到热塑性形状记忆聚合物印模；
3)参照图2、图3，先在热塑性形状记忆聚合物印模图形区表面涂覆一层卡夫特的压印胶4；然后用第一步编好的程序驱动控制器处理热塑性形状记忆聚合物印模上的金纳米粒子的复合物2，使热塑性形状记忆聚合物印模形状改变为曲面物体表面的形状；最后将热塑性形状记忆聚合物印模紧贴曲面物体表面5，将微纳图案转印到曲面物体表面5上；
4)参照图3和图4，先固化卡夫特的压印胶4，然后将热塑性形状记忆聚合物印模与曲面物体表面5分离，并刻蚀曲面物体表面5，即在曲面上制造出微纳结构。
基于柔性的可在任意曲面制造微纳结构的方法，其流程参照图5所示。

Claims (4)

1.一种基于柔性的可在任意曲面制造微纳结构的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)运用计算机三维测量及重构技术建立曲面物体的曲面模型，并编写程序；
2)制备热塑性形状记忆聚合物印模：首先，在平面衬底上制造微纳结构图案；其次，将配制好的聚合物溶液涂覆在平面衬底上，然后固化；最后，在聚合物表面上以阵列方式涂覆复合物，固化复合物，翻模即得到热塑性形状记忆聚合物印模；
3)在热塑性形状记忆聚合物印模图形区涂胶并在曲面物体表面上压印图案：先在热塑性形状记忆聚合物印模图形区表面涂覆一层压印胶；然后用第一步编好的程序驱动控制器处理热塑性形状记忆聚合物印模上的复合物，使热塑性形状记忆聚合物印模形状改变为曲面物体表面的形状；最后将热塑性形状记忆聚合物印模紧贴曲面物体表面上，将微纳图案转印到曲面物体表面上；
4)固化压印胶，脱模，并刻蚀曲面物体表面，即在曲面上制造出微纳结构图案。
2.根据权利要求1所述的一种基于柔性的可在任意曲面制造微纳结构的方法，其特征在于：所述的步骤2)中的聚合物为PDMS、PMMA、聚亚安酯或苯酚甲醛。
3.根据权利要求1所述的一种基于柔性的可在任意曲面制造微纳结构的方法，其特征在于：所述的步骤2)中的复合物为金纳米粒子或碳纳米管复合材料。
4.根据权利要求1所述的一种基于柔性的可在任意曲面制造微纳结构的方法，其特征在于：所述的步骤3)中的压印胶为卡夫特、EPG535或EPG533。
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