CN107585736B - 一种曲面疏水微结构的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种曲面疏水微结构的制备方法，包括如下步骤：在石英玻璃上粘附可剥离水标纸；在水标纸上涂覆一定厚度的光刻胶并固化；使用紫外光刻机进行曝光；对光刻胶进行显影；在显影完成后的光刻胶膜层沟道内添加天然树脂与无机颜料合成的油墨；将制备好的图文版放入有机溶剂中，溶解掉光刻胶；使用活化剂剥离水标纸和石英玻璃；通过水转印完成油墨图形的附着，后处理固化油墨，完成曲面材料表面微结构的生成，实现疏水功能。本发明提出了一种柔性微结构的制备方法，使曲面也能够完成微结构的生成，方法简单，适用范围广。

Description

一种曲面疏水微结构的制备方法

发明领域

本发明涉及一种微结构的制备方法，具体涉及一种曲面疏水微结构的制备方法。

背景技术

研究表明，在材料表面制备微纳米阵列结构能增大液体在表面的接触角，当接触角大于150度以上时，可以形成超疏水效果。此技术在表面处理方面用处很大，目前有喷涂、打磨、电镀等方法。对于平面材料来说，上述方法都较为容易，但制备结构多属于无序结构。其可以使用半导体光刻刻蚀工艺完成更规则的结构制备。但对于曲面材料来说，尤其是闭合曲面材料，规则微结构的制备非常困难。尤其是微结构尺寸达到20微米级别时，目前成熟可用的技术只有半导体光刻刻蚀工艺，但其只能针对平面结构材料进行。

发明专利CN105259733A提出了《一种用于曲面图形化的柔性掩膜板制备方法》。其制备的曲面微结构图案虽然能实现闭合曲面的图案附着，但是其微结构图案的制备采用激光或点光刻胶制备。其中激光制备精度不足，激光烧灼会引起毛边和残留物难以去除问题，而点光刻胶近乎于随机型图案处理，最终的效果成毅。

专利公开号(CN201510037978)，名称为“柔性、可拉伸、可变形曲面光刻模板与光刻方法和装置”的发明，主要通过该发明实现在具有复杂曲面的基底上进行光刻，其柔性掩膜板的制作比较复杂。需要低杨氏模量的硅胶和作为挡光的金属材料，金属材料通过溅射或者蒸镀的方法沉积在硅胶上。由于用硅基板作为掩膜板，实现掩膜板图形化，成本较高，且无法在曲面上实现复杂图形。

以上案例都较为复杂，不具有规模、低成本制备能力。因此快速、方便的制备微结构的方法尤为重要。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种曲面疏水微结构的制备方法，其制备过程简单、可操作性强。本发明使用了平面半导体光刻工艺和水转印技术结合，实现了闭合曲面的微结构制备，对推动微结构技术的广范围应用具有实际意义。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种曲面疏水微结构的制备方法，其按照以下步骤进行：

S1、在石英玻璃上粘附可剥离水标纸；

优选的，采用4-12寸半导体用石英玻璃片，经过有机无机溶液清洗后，采用树脂粘合可剥离水标纸，水标纸的大小与石英玻璃片的大小相同；

S2、在水标纸上涂覆光刻胶并固化；

优选的，采用光刻胶旋涂机涂覆光刻胶，保证厚度为30-80微米；

S3、使用平面曝光机完成微结构图形的曝光；

优选的，微结构图形为单一图形重复排列组成的阵列式图案，其图形为正方形、圆形和正六边形之一；

更为优选的，单一图形的边长或直径为10-20微米，间距为5-15um；

S4、对光刻胶显影；

S5、对显影完成的光刻胶薄膜层上的沟道进行油墨填充，完成微结构图案印制；

优选的，填充油墨采用天然树脂或其他不被有机溶剂溶解的树脂与无机颜料的合成体；

更为优选的，填充油墨的高度小于光刻胶沟道高度的1/2，为了能够漏出光刻胶侧面，使得后续去胶速度加快，同时避免油墨覆盖光刻胶造成无法去除的后果。

S6、将制备好的样品置入有机溶剂中，完成光刻胶的溶解；

优选的，该有机溶剂采用丙酮等，通过静置溶解，完成光刻胶去除；

S7、在油墨层上喷涂活化剂，完成水标纸和石英剥离的剥离；

S8、将曲面材料置入油墨表面，通过旋转完成油墨的附着；

优选的，曲面材料是树脂、金属、陶瓷、玻璃等与有机溶剂不产生反应的材料构成；

更为优选的，曲面材料选择疏水材料；

更为优选的，曲面材料的曲率大于0，甚至是闭合曲面材料；

S9、固化油墨，曲面上微结构图案完成制备。

优选的，其微结构图案完成制备后，可以采用疏水、耐磨、耐腐蚀材料进行表面保护，但该材料涂覆厚度要求保证微结构尺寸不变。

更为优选的，利用该微结构进行曲面材料一体化微结构刻蚀制备，清洗油墨后，该微结构的持久效力增加。

与现有的技术相比，本发明的有益效果是：通过工艺的结合改进，完成复杂曲面的微结构制备，过程简单、方便，材料成本低廉。改善了对比文件中繁杂昂贵的制备方法。最终可在多种材料、各种曲面情况下，都能够进行超疏水结构制备，实现微米级有序结构的用途拓展。

附图说明

图1本发明制备方法的具体实施方式流程示意图

图2本发明的曲面微结构制备过程示意图

图3本发明的微结构水转印示意图

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

以下实施例中的曲面材料、石英玻璃、水标纸等，在使用前都进过表面清洗，用丙酮溶剂去除表面油污，超声清洗手段使表面洁净；然后进行使用。

实施例1：

第一步101：在石英玻璃上粘附可剥离水标纸，采用4-12寸半导体用石英玻璃片201，采用树脂粘合可剥离水标纸202，水标纸的大小与石英玻璃片的大小相同。

第二步102：在水标纸上涂覆光刻胶203并固化，采用光刻胶旋涂机涂覆光刻胶，保证厚度为30-80微米，热固化时间受具体材料和厚度决定，本例采用厚度为30微米的正光刻胶，固化时间约15min。

第三步103：使用平面曝光机完成微结构图形的曝光，微结构图形为单一图形重复排列组成的阵列式图案，其图形为正方形、圆形和正六边形之一，本例采用正方形图案，边长为15微米，间距为10微米。

第四步104：对光刻胶显影，显影时间根据厚度决定，约10min。

第五步105：对显影完成的光刻胶薄膜层上的沟道进行油墨204填充，完成微结构图案印制，填充油墨采用天然树脂或其他不被有机溶剂溶解的树脂与无机颜料的合成体。填充油墨的高度为15微米，为了能够漏出光刻胶侧面，使得后续去胶速度加快，同时避免油墨覆盖光刻胶造成无法去除的后果。

第六步106：将制备好的样品置入有机溶剂205的容器207内，完成光刻胶的溶解，该有机溶剂采用丙酮，通过静置溶解，完成光刻胶去除，去除时间约1h。

第七步107：在油墨层上喷涂活化剂206，完成水标纸和石英剥离的剥离。

第八步108：将曲面材料208置入油墨液面209，通过旋转完成油墨的附着，曲面材料是树脂、金属、陶瓷、玻璃等与有机溶剂不产生反应的材料构成。本例选择曲面材料为陶瓷棒。

第九步109：固化油墨，曲面上微结构图案完成制备。其微结构图案完成制备后，可以采用疏水、耐磨、耐腐蚀材料进行表面保护，但该材料涂覆厚度要求保证微结构尺寸不变。

实施例2：

第一步101：在石英玻璃上粘附可剥离水标纸202，采用4-12寸半导体用石英玻璃片201，采用树脂粘合可剥离水标纸，水标纸的大小与石英玻璃片的大小相同。

第二步102：在水标纸上涂覆光刻胶203并固化，采用光刻胶旋涂机涂覆光刻胶，保证厚度为30-80微米，热固化时间受具体材料和厚度决定，本例采用厚度为40微米的正光刻胶，固化时间约25min。

第三步103：使用平面曝光机完成微结构图形的曝光，微结构图形为单一图形重复排列组成的阵列式图案，其图形为正方形、圆形和正六边形之一，本例采用正方形图案，边长为20微米，间距为5微米。

第四步104：对光刻胶显影，显影时间根据厚度决定，约15min。

第五步105：对显影完成的光刻胶薄膜层上的沟道进行油墨204填充，完成微结构图案印制，填充油墨采用天然树脂或其他不被有机溶剂溶解的树脂与无机颜料的合成体。填充油墨的高度为15微米，为了能够漏出光刻胶侧面，使得后续去胶速度加快，同时避免油墨覆盖光刻胶造成无法去除的后果。

第六步106：将制备好的样品置入有机溶剂205的容器207内，完成光刻胶的溶解，该有机溶剂采用丙酮，通过静置溶解，完成光刻胶去除，去除时间约1h。

第七步107：在油墨层上喷涂活化剂206，完成水标纸和石英剥离的剥离。

第八步108：将曲面材料208置入油墨液面209，通过旋转完成油墨的附着，曲面材料是树脂、金属、陶瓷、玻璃等与有机溶剂不产生反应的材料构成。本例选择曲面材料为玻璃吸管，两端开口使用树脂塞封堵，避免油墨进入吸管内壁。

第九步109：固化油墨，曲面上微结构图案完成制备。其微结构图案完成制备后，可以采用疏水、耐磨、耐腐蚀材料进行表面保护，但该材料涂覆厚度要求保证微结构尺寸不变。

第十步110：利用微结构油墨图形做掩膜，对玻璃吸管进行40％浓度氢氟酸刻蚀，刻蚀深度为5微米。时间约20min。最后形成图案为顶面边长10微米，间距为15微米的梯形柱体。

上述实例利用平面半导体光刻工艺和水转印工艺结合，发明了一种简单、便捷、成本低的曲面微结构制备方法，采用该方法形成微米级有序结构，实现曲面材料的超疏水能力制备，扩展了超疏水微结构的应用领域。

需要理解的是，上述实施例只是本发明的部分实施例，本发明还可以有其他的实施方式，比如变换工艺参数以及通过现有常用技术手段替换对应操作等。上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (7)

1.一种曲面疏水微结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、在石英玻璃上粘附可剥离水标纸；

S2、在水标纸上涂覆光刻胶并固化；

S3、使用平面曝光机完成微结构图形的曝光；

S4、对光刻胶显影；

S5、对显影完成的光刻胶薄膜层上的沟道进行油墨填充，完成微结构图案印制；

S6、将制备好的样品置入有机溶剂中，完成光刻胶的溶解；

S7、在油墨层上喷涂活化剂，完成水标纸和石英玻璃的剥离；

S8、将曲面材料置入油墨表面，通过旋转完成油墨的附着；

S9、固化油墨，曲面上微结构图案完成制备。

2.根据权利要求1所述的一种曲面疏水微结构的制备方法，其特征在于在步骤S3中：所述微结构图形是单个图形重复排列组成的阵列，该单个图形是正方形、圆形、正六边形其中之一。

3.根据权利要求2所述的一种曲面疏水微结构的制备方法，其特征在于：该单个图形的边长或直径为10-20微米，间距为5-15微米。

4.根据权利要求1所述的一种曲面疏水微结构的制备方法，其特征在于在步骤S5中：所述油墨填充高度小于沟道高度的1/2。

5.根据权利要求1所述的一种曲面疏水微结构的制备方法，其特征在于在步骤S8中：所述曲面材料是树脂、金属、陶瓷、玻璃中的一种与有机溶剂不产生反应的材料。

6.根据权利要求1所述的一种曲面疏水微结构的制备方法，其特征在于在步骤S8中：所述曲面材料其曲率大于0°。

7.根据权利要求1所述的一种曲面疏水微结构的制备方法，其特征在于在步骤S9中：所述完成制备的微结构图案可以作为掩膜，通过刻蚀曲面材料本身，制备曲面材料一体化微结构。

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