CN109343306A - 压印模板及利用其进行压印的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了压印模板及利用其进行压印的方法。其中，压印模板包括：基底；第一电极，所述第一电极设置在所述基底的一个表面上；模板，所述模板与所述第一电极相对设置，且所述模板靠近所述基底的表面上设置有预定图案；第二电极，所述第二电极设置在所述模板远离所述基底的表面上；电源，所述电源与所述第一电极和所述第二电极电连接。发明人发现，该压印模板结构简单、易于实现，利用该压印模板进行压印时压印胶可以比较充分的填充在模板的预定图案的腔体中，压印保真度高。

Description

压印模板及利用其进行压印的方法
技术领域
本发明涉及压印技术领域，具体的，涉及压印模板及利用其进行压印的方法。
背景技术
在纳米压印技术中填充是核心过程之一，将具有流变特性的压印胶均匀而完全的填充到压印模板的腔体中去，是纳米压印技术的最基本要求。目前，在实际压印过程中，由于存在多种形式的问题，如毛细力的填充效率较低等，导致压印胶无法完全填充在腔体中，进而导致纳米压印的保真度差。因而，压印技术一直处于研究之中。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种结构简单的压印模板，利用该压印模板进行压印时，压印胶可以比较完全的填充在模板的预定图案中的腔体中或者压印的保真度较高。
在本发明的一个方面，本发明提供了一种压印模板。根据本发明的实施例，该压印模板包括：基底；第一电极，所述第一电极设置在所述基底的一个表面上；模板，所述模板与所述第一电极相对设置，且所述模板靠近所述基底的表面上设置有预定图案；第二电极，所述第二电极设置在所述模板远离所述基底的表面上；电源，所述电源与所述第一电极和所述第二电极电连接。发明人发现，该压印模板结构简单、易于实现，在第一电极与第二电极之间施加电压之后进行压印时可以使得模板的亲水效果较佳，使得压印胶在模板表面的接触角较小，压印胶可以比较充分的填充在模板的预定图案中的腔体中，压印保真度高，获得的压印图案的精度高；将第一电极与第二电极之间施加的电压断开之后进行脱模时，由于模板与压印胶的疏水效果好使得脱模比较容易实现。
根据本发明的实施例，形成所述第一电极的材料包括金属、导电氧化物以及导电碳材料中的至少之一。
根据本发明的实施例，所述模板的相对介电常数为50-200，所述模板的厚度为200纳米-5微米。
根据本发明的实施例，形成所述模板的材料包括含氟疏水聚合物。
根据本发明的实施例，压印模板进一步包括：支撑体，所述支撑体设置在所述第二电极远离所述模板的表面上。
根据本发明的实施例，形成所述支撑体、所述第二电极和所述模板的材料为透明材料和/或形成所述第一电极和所述基底的材料为透明材料。
根据本发明的实施例，形成所述第二电极的材料包括氧化铟锡、铟锌氧化物、铟锌锡氧化物、铟铝锌氧化物、铟镓锌氧化物、铟镓锡氧化物和石墨烯中的至少一种。
根据本发明的实施例，所述电源的电压为1-220V。
在本发明的另一方面，本发明提供了一种利用前面所述的压印模板进行压印的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：在第一电极远离基底的表面上形成导电压印胶层；在所述第一电极与第二电极通电的条件下，将模板压合在所述导电压印胶层远离所述基底的表面上；对所述导电压印胶层进行固化处理；在所述第一电极和所述第二电极不通电的条件下进行脱模处理。发明人发现，该方法操作简单、方便，易于实现，该方法可以有效改善压印填充不完全的问题，在第一电极与第二电极之间施加电压之后可以使得模板和导电压印胶的亲水效果较佳，压印时导电压印胶可以充分的填充在模板的预定图案中的腔体中，压印的保真度高，获得的压印图案的精确度高，在第一电极与第二电极不通电时模板和导电压印胶的疏水效果较佳，使得脱模较为容易。
根据本发明的实施例，形成所述导电压印胶层的材料包括掺杂有导电物质的紫外固化胶。
根据本发明的实施例，基于所导电体压印胶层的总质量，所述导电物质的掺杂量为0.05-2wt％。
附图说明
图1是本发明一个实施例中的压印模板的结构示意图。
图2是本发明一个实施例中利用压印模板进行压印的结构示意图。
图3是本发明另一个实施例中的压印模板的结构示意图。
图4是本发明一个实施例中利用压印模板进行压印的方法流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
目前，为了使得脱模过程中模板与压印胶可以顺利分离，模板和压印胶多由疏水性材料形成。在压印过程中，由于模板具有较小的表面能，压印胶在模板表面的接触角大，使得压印胶填充到模板表面的预定图案的腔体中的效率低，不能完全填充满腔体，导致压印的保真度差。因此，需要改善模板的表面能，使得压印胶在其表面的接触角较小，以提高压印的保真度。
有鉴于此，在本发明的一个方面，本发明提供了一种压印模板。根据本发明的实施例，参照图1和图2，该压印模板包括：基底100；第一电极200，所述第一电极200设置在所述基底100的一个表面上；模板300，所述模板300与所述第一电极200相对设置，且所述模板300靠近所述基底100的表面上设置有预定图案310；第二电极400，所述第二电极400设置在所述模板300远离所述基底100的表面上；电源500，所述电源500与所述第一电极200和所述第二电极400电连接，其中，在不使用时压印模板中的模板300和第一电极200可以处于分隔状态，在压印时压印模板中的模板300压合在第一电极200表面上的压印胶600的表面上。发明人发现，该压印模板结构简单、易于实现，在第一电极与第二电极之间施加电压之后可以使得模板的表面能变大，使其由疏水性转变为亲水性，使得压印胶在模板表面的接触角较小，在压印时压印胶可以比较充分的填充在模板的预定图案中的腔体内，压印保真度高，获得的压印图案的精度高；在第一电极与第二电极不通电时模板和导电压印胶的疏水效果较佳，使得脱模较为容易。需要说明的是，压印图案是与模板表面的预定图案互补的图案。
根据本发明的实施例，参照图1，模板300表面的预定图案310中包括多个间隔设置的凸起311，相邻两个凸起311限定出腔体312，腔体312相当于一种毛细管，在压印时利用拉普拉斯定律，在毛细力的作用下压印胶600填充在腔体中。压印胶在腔体中的填充高度与压印胶在模板表面的接触角成正比，接触角越小，压印胶的填充高度越高，也就填充的越充分。基于此，本申请中针对压印胶在模板表面的接触角进行了改善。本申请的压印模板利用了介电润湿理论，在压印时压印胶选用导电压印胶，模板同时被用作疏水介电层，在第一电极和第二电极之间施加电压之后，导电压印胶与模板表面的表面特性发生变化，具体的，导电压印胶与模板由疏水性转变为亲水性，导电压印胶在模板表面的接触角较小，使得导电压印胶更容易在腔体内流动和填充。需要说明的是，图1中的预定图案的形状仅是示例性的，仅用于说明本申请，而不能理解为对本申请的限制。
根据本发明的实施例，电源施加的电压与接触角之间的关系符合下述Lippmann-Young方程：其中，θv为施加电压之后导电压印胶在模板表面的接触角，θ0为施加电压之前导电压印胶在模板表面的接触角，ε0为真空中介电常数，εd为模板(介电物质)的相对介电常数，d为模板(介电层)厚度，γ1g为模板(介电层)表面张力，v为电源的电压。由此，可以通过调整模板的厚度、形成材料，电源施加的电压大小来调整导电压印胶在模板表面的接触角，使压印胶在流动时的润湿性更好，进而达到更佳的填充效果。
根据本发明的实施例，为了达到更佳的填充效果，所述模板的相对介电常数为50-200(例如50、100、150、200等)，所述模板的厚度d(具体可参照图1)为200纳米-5微米(例如200纳米、500纳米、1微米、1.5微米、2微米、2.5微米、3微米、3.5微米、4微米、4.5微米、5微米等)。由此，模板的相对介电常数和厚度之间相互配合可以使得模板的亲水性能更佳，导电压印胶在模板表面的接触角更小，达到的填充效果更佳，改善压印填充不完全的效果更佳。
根据本发明的实施例，模板可以透明，也可以不透明，可以根据导电压印胶的固化方式进行选择，具体的，当固化导电压印胶的方式为热固化时，模板既可以透明，也可以不透明；当固化导电压印胶的方式为紫外光固化时，模板可以透明。根据本发明的实施例，形成所述模板的材料包括含氟疏水聚合物。由此，模板的材料来源广泛，相对介电常数合适，易于加工成型，且模板的疏水效果较佳，利于脱模，在加电压时容易由疏水性转变为亲水性，利于导电压印胶的填充。在本发明的一些实施例中，形成模板的材料包括含氟聚合物(例如聚偏氟乙烯(PVDF)、聚对二甲苯、聚四氟乙烯等)，由此，模板的相对介电常数更合适，疏水效果更佳，在加电压时更容易由疏水性转变为亲水性的效果更佳，更利于导电压印胶的填充。
根据本发明的实施例，为了使得导电压印胶填充的更加充分，腔体的孔径大小为50纳米-10微米(例如50纳米、500纳米、1微米、2微米、3微米、4微米、5微米、6微米、7微米、8微米、9微米、10微米等)。由此，腔体的尺寸与模板的材料和厚度相互配合可以达到更佳的填充效果，使得压印保真度更高。
根据本发明的实施例，所述电源的电压为1-220V(例如1V、10V、30V、50V、70V、90V、110V、130V、150V、170V、190V、200V、220V等)。由此，在上述电压作用下，导电压印胶与模板由疏水性转变为亲水性的效果较佳，有利于降低导电压印胶在模板表面的接触角，从而使得导电压印胶填充在模板中的效果更显著，压印保真度更高；且上述电压范围与前面所述的模板的相对介电常数、模板的厚度之间相互配合更加适用于介电润湿理论，在压印时压印胶和模板由疏水性转换为亲水性的效果更佳，更有利于提高压印保真度。
根据本发明的实施例，第二电极可以透明，也可以不透明，可以根据导电压印胶的固化方式进行选择，具体的，当固化导电压印胶的方式为热固化时，第二电极既可以透明，也可以不透明；当固化导电压印胶的方式为紫外光固化时，第二电极可以透明。在本发明的一些实施例中，不透明的第二电极的形成材料可以包括金属(例如铝(Al)、钼(Mo)等)以及导电碳材料(例如石墨烯等)中的至少一种。由此，上述材料形成的第二电极的导电效果好，价格低，使用性能佳。在本发明的另一些实施例中，透明的第二电极的形成材料包括氧化铟锡、铟锌氧化物、铟锌锡氧化物、铟铝锌氧化物、铟镓锌氧化物、铟镓锡氧化物和石墨烯中的至少一种。由此，第二电极的来源较为广泛、价格较低，导电效果较佳，透明度较高，可以有效使得紫外光透过并固化导电压印胶。
根据本发明的实施例，参照图3，压印模板进一步包括：支撑体700，所述支撑体700设置在所述第二电极400远离所述模板300的表面上。由此，支撑体可以起到支撑第二电极和模板的作用，模板可以选用软膜板，有利于降低模板的制备成本，简化模板的制备工艺，且在支撑体的支撑作用下，在压印时不会折损第一电极和模板，进而延长第二电极和模板的使用寿命。
根据本发明的实施例，支撑体可以透明，也可以不透明，可以根据导电压印胶的固化方式进行选择，具体的，当固化导电压印胶的方式为热固化时，支撑体既可以透明，也可以不透明；当固化导电压印胶的方式为紫外光固化时，支撑体可以透明。在本发明的一些实施例中，形成支撑体的材料包括硅、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)等，由此，形成支撑体的材料来源广泛，价格低，获得的支撑体支撑第二电极和模板的效果好，可以利用上述材料制备得到透明度高的支撑体，有利于紫外光固化导电压印胶。
根据本发明的实施例，第一电极可以透明，也可以不透明。在本发明的一些实施例中，不透明的第一电极的形成材料可以包括金属(例如铝、钼等)、导电碳材料中的至少之一。由此，上述材料形成的第一电极的导电效果好，价格低，使用性能佳。在本发明的另一些实施例中，透明的第一电极的形成材料包括氧化铟锡、铟锌氧化物、铟锌锡氧化物、铟铝锌氧化物、铟镓锌氧化物、铟镓锡氧化物和石墨烯中的至少之一。由此，第一电极的来源较为广泛、价格较低，导电效果较佳，透明度较高，可以有效使得紫外光透过并固化导电压印胶。
根据本发明的实施例，基底可以为透明的，也可以为不透明的。在本发明的一些实施例中，形成透明基底的材料可以包括玻璃、氧化硅、氮化硅石英中的至少一种，例如形成透明基底的材料可以为玻璃、玻璃和氧化硅混合物、玻璃和氮化硅石英混合物等，形成不透明基底的材料可以为硅片、玻璃/金属等，材料来源广泛，支撑效果好。
根据本发明的实施例，为了使得紫外光固化导电压印胶时，紫外光可以顺利照射到导电压印胶，形成所述支撑体、所述第二电极和所述模板的材料为透明材料和/或形成第一电极和基底的材料为透明材料。由此，可以利用紫外光固化压印完成之后的导电压印胶，以在导电压印胶的表面上获得压印图案，可以理解的是，当形成所述支撑体、所述第二电极和所述模板的材料和/或形成第一电极和基底的材料为透明材料时，方便观察压印的效果，利于控制压印过程，以提高产品良率。
根据本发明的实施例，在压印时，施加在压印模板上的压力为20N/cm2～200N/cm2(例如20N/cm2、40N/cm2、60N/cm2、80N/cm2、100N/cm2、120N/cm2、140N/cm2、160N/cm2、180N/cm2、200N/cm2等)，由此，导电压印胶填充的比较充分，压印保真度较高。相对于上述压力范围，当压力过小时则腔体结构可能难以完全填充，导致压印保真度相对较低，当压力过大时则压力过大可能会对导电压印胶产生较大变形，导致压印不良。
在本发明的另一方面，本发明提供了一种利用前面所述的压印模板进行压印的方法。根据本发明的实施例，参照图4，该方法包括：
S100：在第一电极远离基底的表面上形成导电压印胶层。
根据本发明的实施例，第一电极、基底与前面的描述一致，在此不再过多赘述。
根据本发明的实施例，形成所述导电压印胶的材料包括掺杂有导电物质的紫外固化胶。由此，导电压印胶的导电效果较佳，与第一电极、第二电极和模板共同配合下适用于介电润湿理论，有利于后续压印的进行，且压印完成之后可以利用紫外光固化导电压印胶，操作简单、方便，易于实现。
根据本发明的实施例，基于所导电体压印胶层的总质量，所述导电物质的掺杂量为0.05-2wt％(例如0.05wt％、0.1wt％、0.3wt％、0.5wt％、0.7wt％、0.9wt％、1wt％、1.2wt％、1.4wt％、1.6wt％、1.8wt％、2wt％等)。由此，导电压印胶层的导电效果更佳，更有利于压印的进行。相对于上述掺杂量范围值，当导电物质的掺杂量过少时则电润湿效应较弱，最终接触角降低不明显，导致压印保真度相对较差，当导电物质的掺杂量过多时则会影响压印效果。
在本发明的一些实施例中，可以将导电粒子作为导电物质加入到紫外固化胶中，导电粒子可以为金属、碳化物和金属氧化物等。由此，材料来源广泛，导电粒子的导电效果好，有利于后续压印的进行。
在本发明的一些实施例中，形成导电压印胶层的方法可以为如下：将导电物质与紫外固化胶混合均匀之后涂覆在第一电极远离基底的表面上。由此，操作简单、方便，易于实现。
S200：在所述第一电极与第二电极通电的条件下，将模板压合在所述导电压印胶层远离所述基底的表面上。
根据本发明的实施例，第二电极、模板与前面的描述一致，在此不再过多赘述。
根据本发明的实施例，参照图1-图3，通过控制开关510来控制第一电极与第二电极通电与断开，从而实现良好的压印效果和脱模效果。
根据本发明的实施例，第一电极与第二电极通电之后，将模板压合在所述导电压印胶层远离所述基底的表面上时，组成的体系适用于前面所述的介电润湿理论，模板和导电压印胶由疏水性变为亲水性，导电压印胶更容易在模板表面的腔体中流动和填充，使得导电压印胶填充的较为充分，压印保真度高。
S300：对所述导电压印胶层进行固化处理。
根据本发明的实施例，对导电压印胶层进行固化处理的方式可以为紫外光固化方式也可以为热固化的方式，具体的可以根据实际需要进行灵活选择。
S400：在所述第一电极和所述第二电极不通电的条件下进行脱模处理。
根据本发明的实施例，第一电极与第二电极由通电切换为不通电时，模板和导电压印胶由亲水性转变为疏水性，使得模板和导电压印胶的分离更容易，易于脱模。
根据本发明的实施例，上述压印方法操作简单、方便，易于实现，在第一电极与第二电极之间施加电压之后压印时可以使得模板和导电压印胶的亲水效果较佳，导电压印胶可以充分的填充在模板的预定图案中，压印的保真度高，获得的压印图案的保真度高，在第一电极与第二电极不通电时模板和导电压印胶的疏水效果较佳，使得脱模较为容易，上述方法可以明显改善压印填充不完全的问题。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (11)

1.一种压印模板，其特征在于，包括：
基底；
第一电极，所述第一电极设置在所述基底的一个表面上；
模板，所述模板与所述第一电极相对设置，且所述模板靠近所述基底的表面上设置有预定图案；
第二电极，所述第二电极设置在所述模板远离所述基底的表面上；
电源，所述电源与所述第一电极和所述第二电极电连接。
2.根据权利要求1所述的压印模板，其特征在于，形成所述第一电极的材料包括金属、导电氧化物以及导电碳材料中的至少之一。
3.根据权利要求1所述的压印模板，其特征在于，所述模板的相对介电常数为50-200，所述模板的厚度为200纳米-5微米。
4.根据权利要求1所述的压印模板，其特征在于，形成所述模板的材料包括含氟疏水聚合物。
5.根据权利要求1所述的压印模板，其特征在于，进一步包括：支撑体，所述支撑体设置在所述第二电极远离所述模板的表面上。
6.根据权利要求5所述的压印模板，其特征在于，形成所述支撑体、所述第二电极和所述模板的材料为透明材料和/或形成所述第一电极和所述基底的材料为透明材料。
7.根据权利要求6所述的压印模板，其特征在于，形成所述第二电极的材料包括氧化铟锡、铟锌氧化物、铟锌锡氧化物、铟铝锌氧化物、铟镓锌氧化物、铟镓锡氧化物和石墨烯中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的压印模板，其特征在于，所述电源的电压为1-220V。
9.一种利用权利要求1-8任一项所述的压印模板进行压印的方法，其特征在于，包括：
在第一电极远离基底的表面上形成导电压印胶层；
在所述第一电极与第二电极通电的条件下，将模板压合在所述导电压印胶层远离所述基底的表面上；
对所述导电压印胶层进行固化处理；
在所述第一电极和所述第二电极不通电的条件下进行脱模处理。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，形成所述导电压印胶层的材料包括掺杂有导电物质的紫外固化胶。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，基于所导电体压印胶层的总质量，所述导电物质的掺杂量为0.05-2wt％。
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