CN109551754A - 一种超声辅助辊对辊热纳米压印装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超声辅助辊对辊热纳米压印装置及方法，包括机架、储料装置、调节装置、加热板等，其中储料装置和加热板通过螺钉与机架连接，带式模板两端分别套在压印下辊与脱模下辊上，超声发生装置一通过振子法兰盘与调节装置连接，通过双头螺柱与压印上辊连接，调节装置通过螺栓固定在机架上，超声发生装置二通过振子法兰盘与机架连接，通过双头螺柱与脱模上辊连接。本发明的优点是：采用带式模板，延长冷却固化时间，提高微结构分辨率，使压印图案精度更高。
Description
技术领域
本发明涉及纳米压印技术领域，特别涉及一种超声辅助辊对辊热纳米压印装置。
背景技术
纳米压印技术由普林斯顿大学的华裔科学家周郁教授于二十世纪末提出，通过对模板表面的微小结构施加压力，使具有纳米尺度的微小结构转印至涂有聚合物的基底表面。表面具有微结构或覆有微结构薄膜的材料具有良好性能。对于表面具有微结构的光学器件，不仅具有良好的疏水性，而且透光率也得到显著的提高。自第三次科技革命以来，电子产品对人类文明产生深远影响，不仅推动工业，军事，航天等领域的巨大进步，而且现在人们的日常生活也离不开手机、电脑。而这些产品，无一不涉及材料表面性能，如卫星摄像机镜头，手机电脑的显示屏。由此可见纳米压印的广泛应用前景及对人类社会发展的重大意义。
纳米压印技术提出后，得到科学界广泛认可及高度重视，经过长时间的理论研究与实验，目前较为成熟的纳米压印技术有：热纳米压印及紫外光刻纳米压印。传统的热压印所需时间较长，且热压印脱模过程中的粘附力会对模板造成损伤。于是，超声辅助热压印成为一种可行的技术来提高热压印速率和图案精度。通过超声过程中引发的粘弹产热能够大大提高升温的速率，且超声在脱模过程中能够减少粘附力对脱模的影响，从而提高图案的成功率和压印精度。
目前已经公开的卷对卷热辊压印专利CN 201610430982（一种聚合物表面微纳米结构卷对卷热辊压印成型方法）是采用辊式模板，利用超声振动辅助压印与脱模以提高压印速率和图案分辨率。此种方法使用了辊对平面和辊对辊压印的流程。在热压印过程中，脱模过程对温度较为敏感，如果不能降至指定温度，将会导致固化不完全，从而对图案的精度造成影响。
目前的辊对平面方式，由于是类似于线接触方式，压印和脱模的时间极短，难以达到脱模温度。而且辊对辊压印，则是将衬底包裹在压印辊上，以此来增加压印和脱模之间的时间间隔，从而能够将衬底充分冷却至指定温度。但是碍于现有技术的发展，制造辊型压印模板较为困难，制造大型压印辊需要庞大的经费，且技术难度较高。由于受辊大小的限制，该方法中所提及的该装置所能够增加的时间间隔也较小，保压时间较短，难以达到脱模温度进行脱模。
综上，目前超声辅助辊对辊纳米压印装置存在以下问题:超声辅助辊对辊纳米压印过程中保压时间较短，冷却过程短，难以达到脱模温度进行脱模，严重影响图案精度及分辨率。
发明内容
本发明提供了一种超声辅助辊对辊热纳米压印装置，以解决辊对辊压印后保压时间过短、固化时间不足，影响图案精度及分辨率的问题。
根据本发明目的提供一种超声辅助辊对辊热纳米压印装置，其特征在于：包括机架、储料装置、导向辊、加热板、压印辊、带式模板、脱模辊、收集辊、超声发生装置一、调节装置、伺服电机一和超声发生装置二，其中储料装置和加热板通过螺钉固定在机架上，加热板位于导向辊与压印下辊之间，导向辊、压印辊、脱模辊和收集辊通过轴承配合在机架上，带式模板两端分别套在压印下辊与脱模下辊上，超声发生装置一通过振子法兰盘固定在调节装置上，并通过双头螺柱与压印上辊连接，调节装置通过螺栓固定在机架上，超声发生装置二通过振子法兰盘固定在机架上，并通过双头螺柱与脱模上辊连接，伺服电机一通过螺钉固定在机架上。
根据本发明目的提供一种超声辅助辊对辊热纳米压印装置，其特征在于：所述的储料装置通过螺钉固定在机架上，储料装置中空呈环状，上方有与薄膜状涂有聚合物的基底等宽的狭缝，将薄膜状涂有聚合物的基底经此拉出。
根据本发明目的提供一种超声辅助辊对辊热纳米压印装置，其特征在于：所述的导向辊位于储料装置上方，并通过轴承配合在机架上，导向辊轴端与同步齿型带轮通过键连接，由同步齿型带提供动力。
根据本发明目的提供一种超声辅助辊对辊热纳米压印装置，其特征在于：所述的调节装置包括滚珠丝杠上支座、滑动平台、滚珠丝杠、导轨、减速器、联轴器、伺服电机二、滚珠丝杠下支座，其中，滚珠丝杠上支座和滚珠丝杠下支座通过螺钉固定在机架上，滚珠丝杠一端与减速器及联轴器相连，联轴器与伺服电机二相连，导轨一端固定在滚珠丝杠上支座上，另一端固定在滚珠丝杠下支座上，滑动平台穿过导轨，并且可在导轨上移动，伺服电机二通过螺钉固定于机架上。
根据本发明目的提供一种超声辅助辊对辊热纳米压印装置，其特征在于：所述的压印辊包括压印上辊与压印下辊，压印辊结构包括芯轴、橡胶缓冲层，包覆在芯轴表面的橡胶弹性层，压印上辊、压印下辊均通过轴承与机架配合，压印上辊位于压印下辊正上方并与其相切，并通过双头螺柱与超声发生装置一相连接。
根据本发明目的提供一种超声辅助辊对辊热纳米压印装置，其特征在于：所述的超声发生装置包括双头螺柱、超声振子和振子连接法兰，其中，超声振子为阶梯型，振子连接法兰在超声振子的振动节点位置，双头螺柱一端与超声振子通过螺纹连接。
根据本发明目的提供一种超声辅助辊对辊热纳米压印装置，其特征在于：所述的带式模板表面具有微结构，两端分别包裹在压印下辊和脱模下辊上。
根据本发明目的提供一种超声辅助辊对辊热纳米压印装置，其特征在于：所述的脱模辊包括脱模上辊与脱模下辊，脱模辊结构包括芯轴、橡胶缓冲层，包覆在芯轴表面的橡胶弹性层，脱模上辊、脱模下辊均通过轴承与机架配合，脱模上辊位于脱模下辊正上方并与其相切，并通过双头螺柱与超声发生装置二相连接。
根据本发明目的提供一种超声辅助辊对辊热纳米压印装置，其特征在于：所述的收集辊通过轴承配合在机架上，收集辊轴端与同步齿型带轮通过键连接，由同步齿型带提供动力。
根据本发明目的提供一种超声辅助辊对辊热纳米压印方法，包括以下步骤：薄膜状涂有聚合物的基底置于储料装置中，经导向辊导向以保证压印剪切角，经加热板预热至其临界温度。由压印上辊与压印下辊咬合使薄膜状涂有聚合物的基底与表面带有微结构的模板贴合，并由滚珠丝杠带动压印上辊调节压印间距，使模板和薄膜状涂有聚合物的基底良好的接触。通过超声振动带动薄膜状涂有聚合物的基底粘弹生热将薄膜状涂有聚合物的基底整体加热至玻璃化温度之上，并使其更好填充模板图案之间的型腔并排出气泡，提高填充率。带式模板将已压印好的薄膜状涂有聚合物的基底传送至脱模辊，经超声振动辅助脱模，薄膜状涂有聚合物的基底脱模后由收集辊卷以筒状保存。
本发明具有以下优点：采用带式模板，热压印后模具与涂有聚合物的基底（抗蚀层）没有立即分离，延长冷却固化时间，避免因固化时间太短而脱模，导致微结构存在缺陷，提高微结构分辨率及精度。
附图说明
图1为本发明的一种超声辅助辊对辊热纳米压印装置结构示意图；
图2为本发明的一种超声辅助辊对辊热纳米压印装置前视图；
图3为本发明的一种超声辅助辊对辊热纳米压印装置左视图；
图4为本发明的一种超声辅助辊对辊热纳米压印装置后视图；
图5本发明的为调节装置结构示意图；
图6为本发明的超声发生装置结构示意图；
图7为本发明的压印辊及脱模辊结构示意图；
图8为带式模板结构示意图。
附图标记说明：脱模辊1，脱模上辊101，脱模上辊芯轴10101，脱模上辊橡胶缓冲层10102，脱模下辊102，脱模下辊芯轴10201，脱模下辊橡胶缓冲层10202，收集辊2，机架3，调节装置4，滚珠丝杠上支座401，滚珠丝杠402， 减速器403，伺服电机二404，滑动平台405，导轨406，联轴器407，滚珠丝杠下支座408，超声发生装置一5，双头螺柱501，超声振子502，振子连接法兰503，带式模板6，压印辊7，压印上辊701，压印上辊芯轴70101，压印上辊橡胶缓冲层70102，压印下辊702，压印下辊芯轴70201，压印下辊橡胶缓冲层70202，加热板8，导向辊9，储料装置10，伺服电机一11，超声发生装置二12。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1、2、3、4所示：本发明的一种超声辅助辊对辊热纳米压印装置，包括脱模辊1、收集辊2、机架3、调节装置4、超声发生装置一5、带式模板6、压印辊7、加热板8、导向辊9、储料装置10、伺服电机一11和超声发生装置二12，其中，储料装置10通过螺钉固定在机架3上，储料装置10中空呈环状，上方有与薄膜状涂有聚合物的基底等宽狭缝，将薄膜状涂有聚合物的基底经此拉出。导向辊9位于储料装置10上方，通过轴承配合在机架3上，导向辊9轴端与同步齿型带轮通过键连接，由同步齿型带提供动力。加热板8位于导向辊9与压印下辊702之间，通过螺钉固定在机架3上。压印辊7包括压印上辊701与压印下辊702，其中，压印上辊701包括压印上辊芯轴70101和压印上辊橡胶缓冲层70102，压印下辊702包括压印下辊芯轴70201和压印下辊橡胶缓冲层70202，压印下辊702通过轴承配合在机架3上，压印上辊701通过超声发生装置一5上的双头螺柱501与调节装置4相连接。调节装置4通过螺钉固定在机架3上，带式模板6表面具有微结构，两端分别包裹在压印下辊702及脱模下辊102上。脱模辊1包括脱模上辊101与脱模下辊102，其中，脱模上辊包括脱模上辊芯轴10101和脱模上辊橡胶缓冲层10102，脱模下辊包括脱模下辊芯轴10201和脱模下辊橡胶缓冲层10202，脱模下辊102通过轴承配合在机架3上，脱模上辊101位于脱模下辊102正上方并与其相切，且与超声发生装置二12通过螺钉连接，超声发生装置二12通过螺钉固定于机架3上，伺服电机一11通过螺钉固定在机架3上，收集辊2通过轴承配合在机架3上，收集辊2轴端与同步齿型带轮通过键连接，由同步齿型带提供动力。
如图5所示：本发明的调节装置4，包括滚珠丝杠上支座401，滚珠丝杠402， 减速器403，伺服电机二404，滑动平台405，导轨406，联轴器407，滚珠丝杠下支座408，其中，滚珠丝杠上支座401和滚珠丝杠下支座408通过螺钉固定在机架3上，超声发生装置一5与滑动平台405通过振子连接法兰503用螺钉连接，滚珠丝杠402一端与减速器403及联轴器407相连，联轴器407与伺服电机二404相连，导轨406一端固定在滚珠丝杠上支座401上，另一端固定在滚珠丝杠下支座408上，滑动平台405穿过导轨406，并且可在导轨406上移动，伺服电机二404通过螺钉固定于机架3上。
如图6所示：本发明的超声发生装置包括双头螺柱501、超声振子502和振子连接法兰503，其中，所述的超声振子502为阶梯型，振子连接法兰503在超声振子502的振动节点位置，双头螺柱501一端与超声振子502通过螺纹连接。
如图7所示：本发明的脱模辊包括脱模上辊101，脱模上辊芯轴10101，脱模上辊橡胶缓冲层10102，脱模下辊102，脱模下辊芯轴10201，脱模下辊橡胶缓冲层10202；压印辊包括压印上辊701，压印上辊芯轴70101，压印上辊橡胶缓冲层70102，压印下辊702，压印下辊芯轴70201，压印下辊橡胶缓冲层70202，上述所提及到的橡胶缓冲层均包覆在芯轴表面。
如图8所示：本发明的带式模板6上存在有微结构，可以在薄膜状涂有聚合物的基底上压印出与它互补的微小图案。
根据图1-图8，本发明的具体实施方式如下。
（1）先将薄膜状涂有聚合物的基底卷放入储料装置10中，薄膜状涂有聚合物的基底从储料装置10上方狭缝拉出，通过导向辊9导向使其平行于加热板8，薄膜状涂有聚合物的基底经加热板8预热至熔融态临界温度，然后进入压印上辊701与压印下辊702之间进行压印，伺服电机二404提供动力，带动滚珠丝杠402转动，从而带动滑动平台405在导轨406上移动调节压印下辊702和压印上辊701的间距，以提供压印力。
（2）施加压印力后，超声发生装置一5沿压印力方向发出超声，使得压印上辊701沿下压方向做往复微位移运动，通过高频的振动，薄膜状涂有聚合物的基底上温度整体升高至玻璃化温度之上，并排出薄膜状涂有聚合物的基底与压印下辊702之间的空气，使薄膜状基底上的聚合物迅速填充至带式模板6中，将带式模板6上的微结构转印至薄膜状涂有聚合物的基底上。
（3）压印好的薄膜状涂有聚合物的基底贴合在带式模板6上，通过带式模板6向前传动，由于采用带式模板6，所以压印好的薄膜状涂有聚合物的基底并没有立即脱模，在传送过程中可以得到充分冷却固化，当压印好的薄膜状涂有聚合物的基底传送至脱模辊1之间，脱模辊1开始工作，超声压印装置二12沿压印力方向发出超声，脱模上辊101沿此方向做往复微位移运动，通过高频的振动，降低了薄膜状涂有聚合物的基底与带式模板6之间粘附力，且减小脱模时薄膜状涂有聚合物的基底上已经压印好的微结构损伤，保证微结构质量及精度，脱模后的薄膜状涂有聚合物的基底由收集辊2转动收集。
Claims (10)
1.所述的一种超声辅助辊对辊热纳米压印装置，其特征在于：包括机架、储料装置、导向辊、加热板、压印辊、带式模板、脱模辊、收集辊、超声发生装置一、调节装置、伺服电机一和超声发生装置二，其中储料装置和加热板通过螺钉固定在机架上，加热板位于导向辊与压印下辊之间，导向辊、压印辊、脱模辊和收集辊通过轴承配合在机架上，带式模板两端分别套在压印下辊与脱模下辊上，超声发生装置一通过振子法兰盘固定在调节装置上，并通过双头螺柱与压印上辊连接，调节装置通过螺栓固定在机架上，超声发生装置二通过振子法兰盘固定在机架上，并通过双头螺柱与脱模上辊连接，伺服电机一通过螺钉固定在机架上。
2.根据权利要求1所述的一种超声辅助辊对辊热纳米压印装置，其特征在于：所述的储料装置通过螺钉固定在机架上，储料装置中空呈环状，上方有与薄膜状涂有聚合物的基底等宽的狭缝，将薄膜状涂有聚合物的基底经此拉出。
3.根据权利要求1所述的一种超声辅助辊对辊热纳米压印装置，其特征在于：所述的导向辊位于储料装置上方，并通过轴承配合在机架上，导向辊轴端与同步齿型带轮通过键连接，由同步齿型带提供动力。
4.根据权利要求1所述的一种超声辅助辊对辊热纳米压印装置，其特征在于：所述的调节装置，包括滚珠丝杠上支座、滑动平台、滚珠丝杠、导轨、减速器、联轴器、伺服电机二、滚珠丝杠下支座，其中，滚珠丝杠上支座和滚珠丝杠下支座通过螺钉固定在机架上，滚珠丝杠一端与减速器及联轴器相连，联轴器与伺服电机二相连，导轨一端固定在滚珠丝杠上支座上，另一端固定在滚珠丝杠下支座上，滑动平台穿过导轨，并且可在导轨上移动，伺服电机二通过螺钉固定于机架上。
5.根据权利要求1所述的一种超声辅助辊对辊热纳米压印装置，其特征在于：所述的压印辊，包括压印上辊与压印下辊，压印辊结构包括芯轴、橡胶缓冲层，包覆在芯轴表面的橡胶弹性层，压印上辊、压印下辊均通过轴承与机架配合，压印上辊位于压印下辊正上方并与其相切，并通过双头螺柱与超声发生装置一相连接。
6.根据权利要求1所述的一种超声辅助辊对辊热纳米压印装置，其特征在于：所述的超声发生装置，包括双头螺柱、超声振子和振子连接法兰，其中，超声振子为阶梯型，振子连接法兰在超声振子的振动节点位置，双头螺柱一端与超声振子通过螺纹连接。
7.根据权利要求1所述的一种超声辅助辊对辊热纳米压印装置，其特征在于：所述的带式模板表面具有微结构，两端分别包裹在压印下辊和脱模下辊上。
8.根据权利要求1所述的一种超声辅助辊对辊热纳米压印装置，其特征在于：所述的脱模辊包括，脱模上辊与脱模下辊，脱模辊结构包括芯轴、橡胶缓冲层，包覆在芯轴表面的橡胶弹性层，脱模上辊、脱模下辊均通过轴承与机架配合，脱模上辊位于脱模下辊正上方并与其相切，并通过双头螺柱与超声发生装置二相连接。
9.根据权利要求1所述的一种超声辅助辊对辊热纳米压印装置，其特征在于：所述的收集辊通过轴承配合在机架上，收集辊轴端与同步齿型带轮通过键连接，由同步齿型带提供动力。
10.根据权利要求1-9所述的一种超声辅助辊对辊热纳米压印方法，包括以下步骤：
(1)薄膜状涂有聚合物的基底置于储料装置中，经导向辊导向以保证压印剪切角，经加热板预热至其临界温度；
（2）压印上辊与压印下辊咬合使薄膜状涂有聚合物的基底与表面带有微结构的模板贴合，并由滚珠丝杠带动压印上辊调节压印间距，使模板和薄膜状涂有聚合物的基底良好的接触，通过超声振动带动薄膜状涂有聚合物的基底粘弹生热将薄膜状涂有聚合物的基底整体加热至玻璃化温度之上，并使其更好填充模板图案之间的型腔并排出气泡，提高填充率；
（3）带式模板将已压印好的薄膜状涂有聚合物的基底传送至脱模辊经超声振动辅助脱模，薄膜状涂有聚合物的基底脱模后由收集辊卷为筒状保存。
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| CN201710871085.4A CN109551754A (zh) | 2017-09-25 | 2017-09-25 | 一种超声辅助辊对辊热纳米压印装置及方法 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110614861A (zh) * | 2019-09-12 | 2019-12-27 | 东莞光群雷射科技有限公司 | 一种cpp膜镭射全息膜的生产工艺 |
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| CN1305410A (zh) * | 1998-06-18 | 2001-07-25 | 3M创新有限公司 | 微流体制品及其制造方法 |
| US20050269303A1 (en) * | 2002-08-09 | 2005-12-08 | Leonhard Kurz Gmbh & Co. Kg | Laser-supported reproduction method |
| CN103111924A (zh) * | 2013-03-18 | 2013-05-22 | 厦门大学 | 一种多用平面磨床 |
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-
2017
- 2017-09-25 CN CN201710871085.4A patent/CN109551754A/zh active Pending
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