CN108284555A - 纳米压印装置及利用纳米压印装置制备抗蚀性薄膜的方法 - Google Patents

纳米压印装置及利用纳米压印装置制备抗蚀性薄膜的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种纳米压印装置，包括压印外盒和安装于压印外盒内部的联动机构；所述压印外盒包括压印承载台和固定于压印承载台表面的支撑板和侧板；所述支撑板的表面固定有第一轴杆、第一卡条、第二轴杆和第二卡条；所述联动机构包括齿轮、连接滑块、第一连杆、第二连杆、连接条、第三连杆和压印机构，所述齿轮与连接滑块通过第一连杆相连，所述连接滑块与连接条通过第二连杆相连，所述连接条与压印机构通过第三连杆相连；本发明还公开了利用该纳米压印装置制备抗蚀性薄膜的方法，包括熔融共混、挤压造粒、纳米压印等步骤。本发明在薄膜原料中添加复合抗菌剂、增塑剂，采用纳米压印技术，制得的薄膜在保持强度和韧性的同时具备良好的抗蚀性。

Description

纳米压印装置及利用纳米压印装置制备抗蚀性薄膜的方法
技术领域
本发明属于塑料薄膜制备技术领域，具体地，涉及一种纳米压印装置及利用纳米压印装置制备抗蚀性薄膜的方法。
背景技术
纳米薄膜是指由尺寸为纳米数量级一至一百纳米的组元镶嵌于基体所形成的薄膜材料，它兼具传统复合材料和现代纳米材料二者的优越性。随着科技的发展，纳米薄膜被人们广泛的应用在各个领域。纳米薄膜及制备的各种元器件得到广泛应用，而根据实际工作的环境介质不同，例如不同气候环境(工业、近海工业、海洋)、湿热环境以及其它一些恶劣的环境等，因此需要提高薄膜在腐蚀环境介质中的耐腐蚀性以及长期使用的可靠性。
随着社会的进步，对压印技术的要求不断提高，纳米压印模板可制造具有几纳米到几百纳米特征的结构，尤其在半导体业、生物领域、电池行业等都具有广泛的应用。纳米压印(Nano-imprintLithography，NIL)技术突破了传统光刻在特征尺寸减小过程中的难题，具有分辨率高、低成本、高产率的特点。自1995年提出以来，纳米压印已经演变出了多种压印技术，广泛应用于半导体制造、微机电系统(MicroelectromechanicalSystems，MEMS)、生物芯片、生物医学等领域。NIL技术的基本思想是通过模版，将图形转移到相应的衬底上，转移的媒介通常是一层很薄的聚合物膜，通过热压或者辐照等方法使其结构硬化从而保留下转移的图形。
纳米压印技术既拥有大规模工业生产所必须的高产出率、低成本的优势，同时具备了电子束直写等技术才能达到的高分辨率。纳米压印制备的薄膜具备高性能，能够广泛应用于不同领域。
发明内容
基于上述背景技术，本发明提供一种利用纳米压印制备抗蚀性薄膜的方法及纳米压印装置，通过在薄膜原料中添加科学配比的复合抗菌剂、增塑剂和填料，采用纳米压印技术，使制得的薄膜在保持强度和韧性的同时具备良好的抗蚀性。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种纳米压印装置，包括压印外盒和安装于压印外盒内部的联动机构；
所述压印外盒包括压印承载台、支撑板和侧板，所述支撑板和侧板均竖直固定于压印底板表面；
所述支撑板表面固定有第一轴杆、第一卡条、第二轴杆和第二卡条，所述第一轴杆安装于后板表面；
所述联动机构包括齿轮、连接滑块、第一连杆第二连杆、连接条、第三连杆和压印机构；
所述齿轮安装于第一轴杆表面，所述齿轮表面固定有第三轴杆；
所述滑块与第三轴杆之间通过第一连杆活动连接，所述滑块与压印机构之间通过第二连杆、连接条、第三连杆连接；
所述连接滑块活动安装于第一卡条表面；
所述压印机构包括凹形滑块、长凸条、第七轴杆和压印片，所述长凸条、第七轴杆和压印片均固定于凹形滑块表面。
进一步地，所述第一卡条和第二卡条的表面均开有条形凹槽，所述连接滑块侧表面固定有凸条，所述凸条与条形凹槽配合。
进一步地，两个第一卡条和两个第二卡条均相对设置。
进一步地，所述齿轮表面开有第二圆形通孔，所述第二圆形通孔与第一轴杆配合，所述齿轮通过第二圆形通孔安装于第一轴杆的表面。
进一步地，所述连接滑块表面固定有第四轴杆和第五轴杆，第四轴杆表面活动连接有第一连杆，第五轴杆的表面活动连接有第二连杆。
进一步地，所述连接条的表面开有第三圆形通孔，所述第三圆形通孔与第二轴杆配合，连接条通过第三圆形通孔固定于第二轴杆的表面。
进一步地，所述连接条的表面固定有第六轴杆，所述第二连杆和第三连杆分别与第六轴杆活动连接。
进一步地，所述长凸条固定于凹形滑块的侧表面，所述长凸条与第二卡条表面的条形凹槽配合，压印机构通过长凸条安装于第二卡条的表面。
进一步地，所述第七轴杆固定于凹形滑块表面，所述第七轴杆周侧活动连接有第三连杆。
一种利用纳米压印装置制备抗蚀性薄膜的方法，其特征在于，所述薄膜由如下重量份原料制成：线性低密度聚乙稀颗粒55-65份，乙烯-醋酸乙烯酯树脂颗粒15-20份，硅灰8-10份，羟基磷灰石8-10份，玉米秸秆纤维8-10份，复合抗菌剂3-8份，增塑剂5-7份，醋酸丁酸纤维素2-5份；
所述制备方法包括如下步骤：
S1、熔融共混：将线性低密度聚乙稀颗粒和乙烯-醋酸乙烯酯树脂颗粒加入高混机内加热至熔融状态，添加硅灰、羟基磷灰石和玉米桔杆纤维，温度升至145-165℃后以1200r/min的速度搅拌35-40min，再对其进行加压处理25-30min，压力为200MPa；
S2、挤压造粒：将复合抑菌剂、增塑剂和醋酸丁酸纤维素添加到步骤S1的熔融共混物中，以1400r/min速度搅拌20-30mi n后，送入双螺杆挤出机中，用双螺杆挤出机对其进行挤压造粒，制备塑料颗粒；
S3、纳米压印：将多孔阳极氧化铝膜放入模具中，将模具置于压印承载台(11)的上表面，于模具的模腔内填充步骤S2制备的塑料颗粒，开启加热装置对塑料进行加热，至熔融状态后，开启第一轴杆(1201)连接的电机，压印片(2704)下压，压印片(2704)接触模具后，持续下压5-8s，冷却固化25-35min，制得抗蚀性纳米压印薄膜。
本发明的有益效果：
(1)本发明的抗蚀性纳米压印薄膜采用线性低密度聚乙稀、乙烯-醋酸乙烯酯树脂为基料，加入了科学配比的复合抗菌剂，使得薄膜具有良好的抗蚀性能，可以实现抑制垃圾腐败、细菌滋生；
(2)本发明的配方中添加了硅灰、羟基磷灰石，加强了薄膜的拉伸强度和韧度；
(3)本发明的制备方法采用纳米压印技术，制备方法简单、实用性好，制备得到的纳米尺寸薄膜精细度高；配合使用纳米压印装置，该纳米压印装置通过电机驱动、齿轮和连杆传动，能够快捷实现高聚物纳米阵列材料的压印，并且具有易于操作、可控性强的优点。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明纳米压印装置的结构示意图；
图2为本发明纳米压印装置的压印外盒的结构示意图；
图3为本发明纳米压印装置的联动机构的结构示意图；
图4为本发明联动机构中齿轮的结构示意图；
图5为本发明联动机构中连接滑块的结构示意图；
图6为本发明联动机构中连接条的结构示意图；
图7为本发明联动机构中压印机构的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
一种纳米压印装置，如图1所示，包括压印外盒1和安装于压印外盒1内部的联动机构2；
如图2所示，压印外盒1包括压印承载台11和垂直固定于压印底板11表面的支撑板12和侧板13；压印承载台11的内部设有加热装置，压印承载台11的表面放置模具，加热装置对模具进行加热；支撑板12的表面固定有第一轴杆1201、第一卡条1202、第二轴杆1203和第二卡条1204，较优的，第一轴杆1201、第一卡条1202、第二轴杆1203和第二卡条1204从上至下依次设置，两个第一卡条1202和两个第二卡条1204均相对设置；其中，支撑板12的表面开有第一圆形通孔，第一圆形通孔安装有轴承，第一轴杆1201通过轴承安装于后板12的表面，第一轴杆1201连接电机，电机驱动第一轴杆1201转动；第一卡条1202和第二卡条1204的相对表面均开有条形凹槽；
如图3所示，联动机构2包括齿轮21、连接滑块22、第一连杆23、第二连杆24、连接条25、第三连杆26和压印机构27，齿轮21与连接滑块22通过第一连杆23相连，连接滑块22与连接条25通过第二连杆24相连，连接条25与压印机构27通过第三连杆26相连；
齿轮21固定于第一轴杆1201的表面，如图4所示，齿轮21的表面开有第二圆形通孔，第二圆形通孔与第一轴杆1201配合，齿轮21通过第二圆形通孔固定于第一轴杆1201的表面；齿轮21的表面固定有第三轴杆2101，第三轴杆2101的表面活动连接有第一连杆23；
如图5所示，连接滑块22的侧表面固定有凸条2201，凸条2201与第一卡条1202表面的条形凹槽配合，连接滑块22通过凸条2201安装于第一卡条1202的表面，连接滑块22可沿条形凹槽上下移动；连接滑块22的前表面固定有第四轴杆2202、第五轴杆2203，第四轴杆2202的表面活动连接有第一连杆23，第五轴杆2203的表面活动连接有第二连杆24；
如图6所示，连接条25的表面开有第三圆形通孔，第三圆形通孔与第二轴杆1203配合，连接条25通过第三圆形通孔固定于第二轴杆1203的表面；连接条25的表面固定有第六轴杆2501，两个第六轴杆2501分别活动连接有第二连杆24、第三连杆26；
如图7所示，压印机构27包括凹形滑块2701和固定于凹形滑块2701表面的长凸条2702、第七轴杆2703和压印片2704；长凸条2702位于凹形滑块2701的侧表面，长凸条2702与第二卡条1204表面的条形凹槽配合，压印机构27通过长凸条2702安装于第二卡条1204的表面；第七轴杆2703位于凹形滑块2701的前表面，第七轴杆2703的表面活动连接有第三连杆26；压印片2704位于凹形滑块2701的底表面；
该纳米压印装置的工作原理及方式为：将模具置于压印承载台11的上表面，于模具的模腔内填充塑料，利用压印承载台11内部的加热装置加热该塑料至形成熔融体；于此同时，开启第一轴杆1201连接的电机，电机驱动第一轴杆1201转动，固定于第一轴杆1201表面的齿轮21转动，通过连杆和连接滑块22传动，压印机构竖直向下运动，压印片2704下压，在压印片2704接触模具时，持续下压，塑料熔融体形成与模腔相同的形状及尺寸，待该熔融体冷却固化，移去模具，即可制得纳米压印薄膜；
一种利用该纳米压印装置制备抗蚀性薄膜的方法，所述薄膜由如下重量份原料制成：线性低密度聚乙稀颗粒55-65份，乙烯-醋酸乙烯酯树脂颗粒15-20份，硅灰8-10份，羟基磷灰石8-10份，玉米秸秆纤维8-10份，复合抗菌剂3-8份，增塑剂5-7份，醋酸丁酸纤维素2-5份；
复合抗菌剂为壳聚糖、载银二氧化钛粉末、纳米石墨烯按照质量之比为10:2-4:6-9混合而成；
增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯或环氧大豆油中的一种；
所述制备方法包括如下步骤：
S1、熔融共混：将线性低密度聚乙稀颗粒和乙烯-醋酸乙烯酯树脂颗粒加入高混机内加热至熔融状态，添加硅灰、羟基磷灰石和玉米桔杆纤维，温度升至145-165℃后以1200r/min的速度搅拌35-40min，再对其进行加压处理25-30min，压力为200MPa；
S2、挤压造粒：将复合抑菌剂、增塑剂和醋酸丁酸纤维素添加到步骤S1的熔融共混物中，以1400r/min速度搅拌20-30min后，送入双螺杆挤出机中，用双螺杆挤出机对其进行挤压造粒，制备塑料颗粒；
其中，螺杆挤压机一到六区的温度为：一区145-150℃，二区150-155℃，三区155-160℃，四区160-165℃，五区165-170℃，六区170-175℃；
S3、纳米压印：将多孔阳极氧化铝膜放入模具中，将模具置于压印承载台11的上表面，于模具的模腔内填充步骤S2制备的塑料颗粒，开启加热装置对塑料进行加热，至熔融状态后，开启第一轴杆1201连接的电机，压印片2704下压，压印片2704接触模具后，持续下压5-8s，冷却固化25-35min，制得抗蚀性纳米压印薄膜；
其中，多孔阳极氧化铝膜作为薄膜的压印模板，孔径为50-90nm，厚度为0.4-0.7um。
实施例1
一种利用所述纳米压印装置制备抗蚀性薄膜的方法，所述薄膜由如下重量份原料制成：线性低密度聚乙稀颗粒55份，乙烯-醋酸乙烯酯树脂颗粒15份，硅灰8份，羟基磷灰石8份，玉米秸秆纤维8份，复合抗菌剂3份，邻苯二甲酸二辛酯5份，醋酸丁酸纤维素2份；
复合抗菌剂为壳聚糖、载银二氧化钛粉末、纳米石墨烯按照质量之比为10:2:6混合而成；
所述制备方法包括如下步骤：
S1、熔融共混：将线性低密度聚乙稀颗粒和乙烯-醋酸乙烯酯树脂颗粒加入高混机内加热至熔融状态，添加硅灰、羟基磷灰石和玉米桔杆纤维，温度升至145℃后以1200r/min的速度搅拌35min，再对其进行加压处理25min，压力为200MPa；
S2、挤压造粒：将复合抑菌剂、邻苯二甲酸二辛酯和醋酸丁酸纤维素添加到步骤S1的熔融共混物中，以1400r/min速度搅拌20min后，送入双螺杆挤出机中，用双螺杆挤出机对其进行挤压造粒，制备塑料颗粒；
其中，螺杆挤压机一到六区的温度为：一区145℃，二区150℃，三区155℃，四区160℃，五区165℃，六区170℃；
S3、纳米压印：将多孔阳极氧化铝膜放入模具中，将模具置于压印承载台11的上表面，于模具的模腔内填充步骤S2制备的塑料颗粒，开启加热装置对塑料进行加热，至熔融状态后，开启第一轴杆1201连接的电机，压印片2704下压，压印片2704接触模具后，持续下压5s，冷却固化25min，制得抗蚀性纳米压印薄膜；
其中，多孔阳极氧化铝膜作为薄膜的压印模板，孔径为50nm，厚度为0.4um。
实施例2
一种利用所述纳米压印装置制备抗蚀性薄膜的方法，所述薄膜由如下重量份原料制成：线性低密度聚乙稀颗粒60份，乙烯-醋酸乙烯酯树脂颗粒18份，硅灰9份，羟基磷灰石9份，玉米秸秆纤维9份，复合抗菌剂6份，邻苯二甲酸二丁酯6份，醋酸丁酸纤维素4份；
复合抗菌剂为壳聚糖、载银二氧化钛粉末、纳米石墨烯按照质量之比为10:3:8混合而成；
所述制备方法包括如下步骤：
S1、熔融共混：将线性低密度聚乙稀颗粒和乙烯-醋酸乙烯酯树脂颗粒加入高混机内加热至熔融状态，添加硅灰、羟基磷灰石和玉米桔杆纤维，温度升至155℃后以1200r/min的速度搅拌37min，再对其进行加压处理28min，压力为200MPa；
S2、挤压造粒：将复合抑菌剂、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯或环氧大豆油和醋酸丁酸纤维素添加到步骤S1的熔融共混物中，以1400r/min速度搅拌25min后，送入双螺杆挤出机中，用双螺杆挤出机对其进行挤压造粒，制备塑料颗粒；
其中，螺杆挤压机一到六区的温度为：一区148℃，二区153℃，三区158℃，四区163℃，五区168℃，六区173℃；
S3、纳米压印：将多孔阳极氧化铝膜放入模具中，将模具置于压印承载台11的上表面，于模具的模腔内填充步骤S2制备的塑料颗粒，开启加热装置对塑料进行加热，至熔融状态后，开启第一轴杆1201连接的电机，压印片2704下压，压印片2704接触模具后，持续下压7s，冷却固化30min，制得抗蚀性纳米压印薄膜；
其中，多孔阳极氧化铝膜作为薄膜的压印模板，孔径为75nm，厚度为0.6um。
实施例3
一种利用所述纳米压印装置制备抗蚀性薄膜的方法，所述薄膜由如下重量份原料制成：线性低密度聚乙稀颗粒65份，乙烯-醋酸乙烯酯树脂颗粒20份，硅灰10份，羟基磷灰石10份，玉米秸秆纤维10份，复合抗菌剂8份，环氧大豆油7份，醋酸丁酸纤维素5份；
复合抗菌剂为壳聚糖、载银二氧化钛粉末、纳米石墨烯按照质量之比为10:4:9混合而成；
所述制备方法包括如下步骤：
S1、熔融共混：将线性低密度聚乙稀颗粒和乙烯-醋酸乙烯酯树脂颗粒加入高混机内加热至熔融状态，添加硅灰、羟基磷灰石和玉米桔杆纤维，温度升至165℃后以1200r/min的速度搅拌40min，再对其进行加压处理30min，压力为200MPa；
S2、挤压造粒：将复合抑菌剂、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯或环氧大豆油和醋酸丁酸纤维素添加到步骤S1的熔融共混物中，以1400r/min速度搅拌30min后，送入双螺杆挤出机中，用双螺杆挤出机对其进行挤压造粒，制备塑料颗粒；
其中，螺杆挤压机一到六区的温度为：一区150℃，二区155℃，三区160℃，四区165℃，五区170℃，六区175℃；
S3、纳米压印：将多孔阳极氧化铝膜放入模具中，将模具置于压印承载台11的上表面，于模具的模腔内填充步骤S2制备的塑料颗粒，开启加热装置对塑料进行加热，至熔融状态后，开启第一轴杆1201连接的电机，压印片2704下压，压印片2704接触模具后，持续下压8s，冷却固化35min，制得抗蚀性纳米压印薄膜；
其中，多孔阳极氧化铝膜作为薄膜的压印模板，孔径为90nm，厚度为0.7um。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种纳米压印装置，其特征在于，包括压印外盒(1)和安装于压印外盒(1)内部的联动机构(2)；
所述压印外盒(1)包括压印承载台(11)、支撑板(12)和侧板(13)，所述支撑板(12)和侧板(13)均竖直固定于压印底板(11)表面；
所述支撑板(12)表面固定有第一轴杆(1201)、第一卡条(1202)、第二轴杆(1203)和第二卡条(1204)，所述第一轴杆(1201)安装于后板(12)表面；
所述联动机构(2)包括齿轮(21)、连接滑块(22)、第一连杆(23)、第二连杆(24)、连接条(25)、第三连杆(26)和压印机构(27)；
所述齿轮(21)安装于第一轴杆(1201)表面，所述齿轮(21)表面固定有第三轴杆(2101)；
所述滑块(23)与第三轴杆(2101)之间通过第一连杆(22)活动连接，所述滑块(23)与压印机构(27)之间通过第二连杆(24)、连接条(25)、第三连杆(26)连接；
所述连接滑块(22)活动安装于第一卡条(1202)表面；
所述压印机构(27)包括凹形滑块(2701)、长凸条(2702)、第七轴杆(2703)和压印片(2704)，所述长凸条(2702)、第七轴杆(2703)和压印片(2704)均固定于凹形滑块(2701)表面。
2.根据权利要求1所述的一种纳米压印装置，其特征在于，所述第一卡条(1202)和第二卡条(1204)的表面均开有条形凹槽，所述连接滑块(22)侧表面固定有凸条(2201)，所述凸条(2201)与条形凹槽配合。
3.根据权利要求1所述的一种纳米压印装置，其特征在于，两个第一卡条(1202)和两个第二卡条(1204)均相对设置。
4.根据权利要求1所述的一种纳米压印装置，其特征在于，所述齿轮(21)表面开有第二圆形通孔，所述第二圆形通孔与第一轴杆(1201)配合，所述齿轮(21)通过第二圆形通孔安装于第一轴杆(1201)的表面。
5.根据权利要求1所述的一种纳米压印装置，其特征在于，所述连接滑块(22)表面固定有第四轴杆(2202)和第五轴杆(2203)，第四轴杆(2202)表面活动连接有第一连杆(23)，第五轴杆(2203)的表面活动连接有第二连杆(24)。
6.根据权利要求1所述的一种纳米压印装置，其特征在于，所述连接条(25)的表面开有第三圆形通孔，所述第三圆形通孔与第二轴杆(1203)配合，连接条(25)通过第三圆形通孔固定于第二轴杆(1203)的表面。
7.根据权利要求1所述的一种纳米压印装置，其特征在于，所述连接条(25)的表面固定有第六轴杆(2501)，所述第二连杆(24)和第三连杆(26)分别与第六轴杆(2501)活动连接。
8.根据权利要求1所述的一种纳米压印装置，其特征在于，所述长凸条(2702)固定于凹形滑块(2701)的侧表面，所述长凸条(2702)与第二卡条(1204)表面的条形凹槽配合，压印机构(27)通过长凸条(2702)安装于第二卡条(1204)的表面。
9.根据权利要求1所述的一种纳米压印装置，其特征在于，所述第七轴杆(2703)固定于凹形滑块(2701)表面，所述第七轴杆(2703)周侧活动连接有第三连杆(26)。
10.一种利用纳米压印装置制备抗蚀性薄膜的方法，其特征在于，所述薄膜由如下重量份原料制成：线性低密度聚乙稀颗粒55-65份，乙烯-醋酸乙烯酯树脂颗粒15-20份，硅灰8-10份，羟基磷灰石8-10份，玉米秸秆纤维8-10份，复合抗菌剂3-8份，增塑剂5-7份，醋酸丁酸纤维素2-5份；
所述制备方法包括如下步骤：
S1、熔融共混：将线性低密度聚乙稀颗粒和乙烯-醋酸乙烯酯树脂颗粒加入高混机内加热至熔融状态，添加硅灰、羟基磷灰石和玉米桔杆纤维，温度升至145-165℃后以1200r/min的速度搅拌35-40min，再对其进行加压处理25-30min，压力为200MPa；
S2、挤压造粒：将复合抑菌剂、增塑剂和醋酸丁酸纤维素添加到步骤S1的熔融共混物中，以1400r/min速度搅拌20-30min后，送入双螺杆挤出机中，用双螺杆挤出机对其进行挤压造粒，制备塑料颗粒；
S3、纳米压印：将多孔阳极氧化铝膜放入模具中，将模具置于压印承载台(11)的上表面，于模具的模腔内填充步骤S2制备的塑料颗粒，开启加热装置对塑料进行加热，至熔融状态后，开启第一轴杆(1201)连接的电机，压印片(2704)下压，压印片(2704)接触模具后，持续下压5-8s，冷却固化25-35min，制得抗蚀性纳米压印薄膜。
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