CN108910818B - 一种柔性聚合物表面上金属纳米裂纹的制造方法 - Google Patents

一种柔性聚合物表面上金属纳米裂纹的制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108910818B
CN108910818B CN201810635036.5A CN201810635036A CN108910818B CN 108910818 B CN108910818 B CN 108910818B CN 201810635036 A CN201810635036 A CN 201810635036A CN 108910818 B CN108910818 B CN 108910818B
Authority
CN
China
Prior art keywords
flexible polymer
metal film
cracks
metal
photoresist
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810635036.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108910818A (zh
Inventor
刘军山
郭洪吉
初永志
徐征
宋满仓
刘冲
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dalian University of Technology
Original Assignee
Dalian University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dalian University of Technology filed Critical Dalian University of Technology
Priority to CN201810635036.5A priority Critical patent/CN108910818B/zh
Publication of CN108910818A publication Critical patent/CN108910818A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108910818B publication Critical patent/CN108910818B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
    • B81C1/00134—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems comprising flexible or deformable structures
    • B81C1/00158—Diaphragms, membranes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C2201/00—Manufacture or treatment of microstructural devices or systems
    • B81C2201/01—Manufacture or treatment of microstructural devices or systems in or on a substrate
    • B81C2201/0101—Shaping material; Structuring the bulk substrate or layers on the substrate; Film patterning
    • B81C2201/0156—Lithographic techniques

Abstract

本发明提供一种柔性聚合物表面上金属纳米裂纹的制造方法，属于微机电系统和微纳米加工技术领域。首先，利用磁控溅射等薄膜沉积方法在柔性聚合物表面沉积一层金属薄膜；其次，采用光刻工艺在金属薄膜表面进行光刻胶的图形化；然后对柔性聚合物进行弯曲使得金属薄膜产生纳米裂纹；最后，去除金属薄膜表面的光刻胶。本发明不仅可以精确控制柔性聚合物表面上金属纳米裂纹的图形，而且对于金属薄膜材料的种类、金属薄膜与柔性聚合物之间的界面结合力等没有限制。

Description

一种柔性聚合物表面上金属纳米裂纹的制造方法
技术领域
本发明属于微机电系统和微纳米加工技术领域，涉及一种柔性聚合物表面上金属纳米裂纹的制造方法。
背景技术
在机械工程、材料工程等领域中，裂纹通常被认为是材料发生了破坏失效，因此人们总是设法避免裂纹的产生。然而，近年来科学家们试图从积极的一面重新认识裂纹，并利用裂纹现象开展了许多方面的应用研究。例如，韩国科学技术院(KAIST)的Nam和法国索邦大学的Dalstein，利用裂纹进行纳米结构的制造；美国密歇根大学的Takayama课题组，利用裂纹开展纳流控芯片的制造；德国基尔大学的Adelung，利用裂纹作为模板进行纳米线的生长。
最近，科学家们又提出利用裂纹制造柔性传感器。这类传感器的基本结构是在柔性聚合物表面上制造带有纳米裂纹的金属薄膜。当金属薄膜受到外力作用产生微小变形时，由于纳米裂纹的开合，金属薄膜的电阻产生一个较大的变化。因此，这类基于金属纳米裂纹的柔性传感器对于温度、压力、振动、形变等外部刺激具有超高灵敏度，在实时健康监测、电子皮肤、智能医疗假体和软体机器人等领域具有广阔的应用前景。
纳米裂纹的制造是开展该类柔性传感器研究的关键。目前，已报道的柔性聚合物表面上的金属纳米裂纹制造方法，主要包括：直接弯曲法、预拉伸法和应力集中法。直接弯曲法和预拉伸法，除了各自在金属薄膜材料的种类和界面结合力等方面存在局限性，还存在一个共同的问题：纳米裂纹的图形无法精确控制，尤其是无法控制裂纹的位置和密度。应力集中法虽然可以实现纳米裂纹图形的精确控制，但是需要在聚合物表面精心设计和加工出复杂的应力集中微结构，而且裂纹的长度也受到限制。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种简单易行的柔性聚合物表面上金属纳米裂纹的制造方法，该制造方法不受金属薄膜材料的种类、界面结合力等方面的限制，而且所得的金属纳米裂纹的形状、位置、密度、长度等信息可以实现精确控制。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种柔性聚合物表面上金属纳米裂纹的制造方法，首先采用磁控溅射等薄膜沉积方法在柔性聚合物表面沉积一层金属薄膜，接着采用光刻工艺在柔性聚合物表面上的金属薄膜表面进行光刻胶的图形化，然后对柔性聚合物进行弯曲使金属薄膜产生裂纹，最后去除金属薄膜表面的光刻胶。具体包括以下步骤：
1)采用薄膜沉积法在柔性聚合物表面沉积一层金属薄膜。所述的柔性聚合物包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚氨酯丙烯酸酯(PUA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亚胺(PI)。
2)在金属薄膜表面旋涂一层光刻胶，根据柔性聚合物表面上需要产生的金属纳米裂纹的信息，采用光刻工艺对光刻胶进行图形化，以此控制柔性聚合物-金属薄膜-光刻胶三层结构不同位置处的中性层高度。
3)对柔性聚合物进行弯曲，使其表面的金属薄膜出现金属纳米裂纹。由于不同位置处中性层的高度不同，导致不同位置的金属薄膜承受的应力不同，裂纹仅在应力最大的位置产生，以此精确控制金属纳米裂纹的形状、位置、密度、长度等信息。
4)去除金属薄膜表面的光刻胶。
与现有技术相比，本发明的显著效果主要包括以下两点：一是利用简单成熟的光刻工艺，便可以实现金属纳米裂纹图形(如，裂纹的形状、位置、密度和长度等)的精确控制；二是该方法对于金属薄膜材料的种类、金属薄膜与柔性聚合物之间的界面结合力等没有限制。
附图说明
图1是柔性聚合物表面沉积金属薄膜；
图2是金属薄膜表面光刻胶的图形化；
图3是弯曲柔性聚合物；
图4是去除金属薄膜表面的光刻胶；
图5是制作出的聚二甲基硅氧烷表面上的金属纳米裂纹扫描电镜照片；
图中：1柔性聚合物，2金属薄膜，3光刻胶，4金属纳米裂纹。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细说明本发明的实施方式。
如附图1、2、3和4所示，采用磁控溅射薄膜沉积方法，在一块柔性聚合物1表面沉积一层厚度为100纳米的金属薄膜2；在金属薄膜2表面采用匀胶机旋涂一层光刻胶3(例如BP212，北京化学试剂研究所)，然后对光刻胶进行前烘、曝光、显影和后烘等光刻工艺处理，制作出光刻胶图形；将柔性聚合物1进行弯曲，例如将柔性聚合物缠绕在具有一定曲率半径的不锈钢管上，使得金属薄膜在垂直弯曲力的方向上产生纳米裂纹；采用去胶剂，例如丙酮等，去除金属薄膜表面的光刻胶，即在柔性聚合物表面得到金属纳米裂纹4。
以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，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，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种柔性聚合物表面上金属纳米裂纹的制造方法，其特征在于，所述的制造方法得到的金属纳米裂纹的形状、位置、密度、长度能够精确控制，具体包括以下步骤：
1)采用薄膜沉积法在柔性聚合物表面沉积一层金属薄膜；
2)在金属薄膜表面旋涂一层光刻胶，根据柔性聚合物表面上需要产生的金属纳米裂纹的信息，采用光刻工艺对光刻胶进行图形化，以此控制柔性聚合物-金属薄膜-光刻胶三层结构不同位置处的中性层高度；
3)对柔性聚合物进行弯曲，使其表面的金属薄膜出现金属纳米裂纹，由于不同位置处中性层的高度不同，导致不同位置的金属薄膜承受的应力不同，裂纹仅在应力最大的位置产生，以此精确控制金属纳米裂纹的形状、位置、密度、长度信息；
4)去除金属薄膜表面的光刻胶。
CN201810635036.5A 2018-06-12 2018-06-12 一种柔性聚合物表面上金属纳米裂纹的制造方法 Active CN108910818B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810635036.5A CN108910818B (zh) 2018-06-12 2018-06-12 一种柔性聚合物表面上金属纳米裂纹的制造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810635036.5A CN108910818B (zh) 2018-06-12 2018-06-12 一种柔性聚合物表面上金属纳米裂纹的制造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108910818A CN108910818A (zh) 2018-11-30
CN108910818B true CN108910818B (zh) 2022-01-04

Family

ID=64421486

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810635036.5A Active CN108910818B (zh) 2018-06-12 2018-06-12 一种柔性聚合物表面上金属纳米裂纹的制造方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108910818B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110723714B (zh) * 2019-10-22 2023-04-25 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 一种制备平行等宽微结构的方法
CN112456435B (zh) * 2020-11-26 2023-11-07 大连理工大学 一种基于纳米裂纹的地震动传感器的制造方法
CN113328325B (zh) * 2021-04-22 2023-10-31 江苏度微光学科技有限公司 一种柔性聚合物随机激光器及其制备方法
CN113310395B (zh) * 2021-05-26 2022-06-14 苏州大学 微裂纹应变传感元件及其制备方法和应用
CN113650330B (zh) * 2021-09-13 2022-05-13 大连理工大学 柔性聚合物表面金属纳米裂纹的自动化制造装置及使用方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003266599A (ja) * 2002-03-19 2003-09-24 Teijin Ltd 耐屈曲性を有する表面導電性布帛
JP2005183836A (ja) * 2003-12-22 2005-07-07 Hitachi Cable Ltd 半導体装置用テープキャリアおよびこれを用いた半導体装置
KR101878251B1 (ko) * 2011-04-08 2018-07-13 삼성전자주식회사 굽힘 감지 센서 및 그를 제조하는 방법
US8679947B1 (en) * 2012-11-07 2014-03-25 International Business Machines Corporation Self-formation of high-density defect-free and aligned nanostructures
CN103030098B (zh) * 2012-12-21 2015-08-05 西安交通大学 一种大面积纳米缝电极阵列并行制造的方法
WO2015142837A1 (en) * 2014-03-21 2015-09-24 Corning Incorporated Articles with patterned coatings
KR20190006101A (ko) * 2014-10-28 2019-01-16 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 발광 장치 및 전자 장치
CN105627905B (zh) * 2016-02-24 2019-06-18 清华大学 一种金属薄膜柔性应变传感器及其制备方法
CN206685061U (zh) * 2017-04-27 2017-11-28 昆山国显光电有限公司 一种柔性基板及显示装置
CN107202538B (zh) * 2017-06-21 2019-05-07 吉林大学 一种裂纹应变式仿生传感器的可控制造方法
CN107369385B (zh) * 2017-08-18 2019-09-13 武汉华星光电半导体显示技术有限公司 柔性显示装置
CN107491221B (zh) * 2017-08-31 2023-08-22 京东方科技集团股份有限公司 显示基板及制备方法、显示装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN108910818A (zh) 2018-11-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108910818B (zh) 一种柔性聚合物表面上金属纳米裂纹的制造方法
Khare et al. From 3D to 4D printing–design, material and fabrication for multi-functional multi-materials
KR101299133B1 (ko) 나노 구조물을 갖는 압력 센서 및 그 제조 방법
US20150372620A1 (en) Integrated micro/nanogenerator and method of fabricating the same
KR102139283B1 (ko) 플렉서블 그래핀 가스센서, 센서 어레이 및 그 제조 방법
US9746356B2 (en) Sensor, method for forming the same, and method of controlling the same
CN208765878U (zh) 一种电容式柔性压力传感器
KR100703082B1 (ko) 플렉서블 촉각센서 및 그 제조방법
Li et al. Mechanics of buckled serpentine structures formed via mechanics-guided, deterministic three-dimensional assembly
CN110701992A (zh) 以砂纸表面微结构为模板的电容式应变传感器制作方法
Hendricks et al. Buckling in nanomechanical films
Steck et al. Fabrication and tribological characterization of deformation-resistant nano-textured surfaces produced by two-photon lithography and atomic layer deposition
Sun et al. Effects of deposition and annealing conditions on the crystallisation of NiTi thin films by e‐beam evaporation
KR20120106328A (ko) 자기변형 현상을 이용한 마이크로 가오리 운동체
Iker et al. Three-dimensional self-assembled sensors in thin-film SOI technology
CN113125054A (zh) 一种柔性压力传感器及其制造方法
CN111537116A (zh) 一种石墨烯压力传感器及其制备方法
CN110487168B (zh) 单向弯曲敏感传感器及其制备方法
CN210165888U (zh) 单向弯曲敏感传感器
Asare et al. Effects of pre-buckling on the bending of organic electronic structures
Ahn et al. Micro‐/Nanohierarchical Structures Physically Engineered on Surfaces: Analysis and Perspective
KR101468491B1 (ko) 나노와이어 그리드 구조 및 이의 형성방법
KR101356730B1 (ko) 압저항 방식의 터치 패널 및 그 제조방법
Lee et al. Polymer micromachining technologies for a table-shaped tactile sensor using thick sacrificial layer
KR101859422B1 (ko) 3ｄ 나노미터 구조 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant