CN109761189A - 一种聚合物微纤维结构的制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的聚合物微纤维结构的制备方法，通过在光刻胶胶膜上制备孔形光刻胶掩模，在所述孔形光刻胶掩模上制备微纤维阵列槽形，在所述微纤维阵列槽形内填充聚合物，并对填充聚合物后的所述微纤维阵列槽形进行处理，获取聚合物微纤维结构，本发明提供的聚合物微纤维结构的制备方法，工艺简单，制备得到的聚合物微纤维结构基于仿生范德华力，能够实现对诸如生物芯片、生物薄膜、DUV/EUV镜片等易损伤、难抓取的异形结构物、脆性物进行“零损伤”抓取。
Description
技术领域
本发明涉及材料制备技术领域，特别涉及一种聚合物微纤维结构的制备方法及其应用。
背景技术
我国是工业机器人应用大国，对工业机器人的需求量极其巨大，在汽车制造、药业等领域每年均有3000万—4000万市场。然而，这些传统工业机器人的抓取机构多为硬抓取，在例如生物芯片、生物薄膜、DUV/EUV镜片等易损伤、难抓取的异形结构物、脆性物进行抓取时难以应对，每年造成的直接经济损失达到5000万左右。若仍采用优化机械结构设计的方法提高其自适应能力，将会导致机器人的复杂度和成本大大增加，且不能实现对此类产品的“零损伤”抓取。如何实现对诸如生物芯片、生物薄膜、DUV/EUV镜片等易损伤、难抓取的异形结构物、脆性物进行“零损伤”抓取，对提升现有产业科技创新能力以及发展战略性新兴产业具有重要意义。
发明内容
有鉴如此，有必要针对现有技术存在的缺陷，提供一种能够实现“零抓伤”的聚合物微纤维结构的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种聚合物微纤维结构的制备方法，包括下述步骤：
在光刻胶胶膜上制备孔形光刻胶掩模；
在所述孔形光刻胶掩模上制备微纤维阵列槽形；
在所述微纤维阵列槽形内填充聚合物，并对填充聚合物后的所述微纤维阵列槽形进行处理，获取聚合物微纤维结构。
在一些较佳的实施例中，在光刻胶胶膜上制备孔形光刻胶掩模的步骤中，具体包括下述步骤：
提供一硅衬底，所述硅衬底包括硅基底及氧化层，所述硅基底包括顶层硅及底层硅，所述氧化层设置于所述顶层硅及底层硅之间；
在所述硅衬底的顶层硅的部分位置涂覆有光刻胶；
利用紫外掩模板接触式曝光对已涂覆光刻胶的位置进行曝光处理；
利用碱性显影液对曝光后光刻胶进行显影处理，获得孔形光刻胶掩模。
在一些较佳的实施例中，在进行在所述硅衬底的顶层硅的部分位置涂覆有光刻胶的步骤之前还包括下述步骤：
对所述硅衬底进行清洗、前烘、匀胶、后烘处理。
在一些较佳的实施例中，在所述孔形光刻胶掩模制备微纤维阵列槽形的步骤中，具体包括下述步骤：
利用所述硅衬底在酸性溶液中所体现的各向同性刻蚀特点在所述孔形光刻胶掩模上制备碗装槽形；
利用反应离子束深刻蚀技术对所述硅衬底进行高深宽比槽形的制备，得到所述微纤维阵列槽形。
在一些较佳的实施例中，在所述微纤维阵列槽形内填充聚合物，并对填充聚合物后的所述微纤维阵列槽形进行处理，获取聚合物微纤维结构，具体包括下述步骤：
将ST-1060环氧树脂胶聚合物填充至已所述微纤维槽形内；
通过XeF2干法刻蚀去除所述硅衬底的底层硅；
利用缓冲液对所述硅衬底的氧化层进行刻蚀；
利用XeF2干法刻蚀去除所述硅衬底的顶层硅，得到环氧树脂胶聚合物微纤维阵列。
在一些较佳的实施例中，还包括下述步骤：
在所述氧树脂胶聚合物微纤维阵列的表面以旋涂方式涂覆一层F-25环氧树脂胶，涂覆在室温环境下固化，得到所述聚合物微纤维结构。
在一些较佳的实施例中，在将ST-1060环氧树脂胶聚合物填充至已所述微纤维槽形内的步骤中，所述填充在真空环境中进行。
在一些较佳的实施例中，在利用缓冲液对所述硅衬底的氧化层进行刻蚀的步骤中，所述缓冲液为BHF。
另外，本发明还提供了一种聚合物微纤维结构的应用，所述聚合物微纤维结构用于包异形结构物或脆性物，所述异形结构物包括生物芯片、生物薄膜或DUV/EUV镜片。
本发明采用上述技术方案的优点是：
本发明提供的聚合物微纤维结构的制备方法，通过在光刻胶胶膜上制备孔形光刻胶掩模，在所述孔形光刻胶掩模上制备微纤维阵列槽形，在所述微纤维阵列槽形内填充聚合物，并对填充聚合物后的所述微纤维阵列槽形进行处理，获取聚合物微纤维结构，本发明提供的聚合物微纤维结构的制备方法，工艺简单，制备得到的聚合物微纤维结构基于仿生范德华力，能够实现对诸如生物芯片、生物薄膜、DUV/EUV镜片等易损伤、难抓取的异形结构物、脆性物进行“零损伤”抓取。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的聚合物微纤维结构的制备方法的结构示意图。
图2中(a)为本发明实施例提供的硅衬底的结构示意图。
图2中(b)为本发明实施例提供的在光刻胶胶膜上制备孔形光刻胶掩模的结构示意图。
图2中(c)为本发明实施例提供的微纤维阵列槽形的结构示意图。
图2中(d)为本发明实施例提供的聚合物微纤维结构的结构示意图。
图2中(e)为本发明实施例提供的经固化后的聚合物微纤维结构的结构示意图。
图2中(f)为本发明实施例提供的经固化后的聚合物微纤维结构的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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做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。
请参阅图1，为本发明实施例提供的聚合物微纤维结构的制备方法100的步骤流程图，包括下述步骤：
步骤S110：在光刻胶胶膜上制备孔形光刻胶掩模；
在一些较佳的实施例中，具体包括下述步骤：
步骤S111：提供一硅衬底；
请参阅图2中(a)，为本发明实施例提供的硅衬底的结构示意图，所述硅衬底10包括硅基底及氧化层12，所述硅基底包括顶层硅111及底层硅112，所述氧化层12设置于所述顶层硅111及底层硅111之间。
可以理解，本发明提供的硅衬底10在处理之前还需要进行清洗、前烘、匀胶、后烘等工艺处理。
步骤S112：在所述硅衬底10的顶层硅111的部分位置涂覆有光刻胶20。
步骤S113：利用紫外掩模板接触式曝光对已涂覆光刻胶20的位置进行曝光处理；
步骤S114：利用碱性显影液对曝光后光刻胶进行显影处理，获得孔形光刻胶掩模。
请参阅图2中(b)，为本发明实施例提供的在光刻胶胶膜上制备孔形光刻胶掩模的结构示意图。
步骤S120：在所述孔形光刻胶掩模上制备微纤维阵列槽形；
在一些较佳的实施例中，在所述孔形光刻胶掩模制备微纤维阵列槽形的步骤中，具体包括下述步骤：
步骤S121：利用所述硅衬底在酸性溶液中所体现的各向同性刻蚀特点在所述孔形光刻胶掩模上制备碗装槽形。
步骤S122：利用反应离子束深刻蚀技术对所述硅衬底进行高深宽比槽形的制备，得到所述微纤维阵列槽形。
请参阅图2中(c)，为本发明实施例提供的微纤维阵列槽形的结构示意图。
可以理解，因反应离子束深刻蚀技术存在反射切口效应(Notching Effect)，当刻蚀截面到达氧化层时，刻蚀停止垂直向下，改为横向刻蚀。通过控制横向刻蚀时间实现匙状槽形直径的控制。
步骤S130：在所述微纤维阵列槽形内填充聚合物，并对填充聚合物后的所述微纤维阵列槽形进行处理，获取聚合物微纤维结构。
在一些较佳的实施例中，在所述微纤维阵列槽形内填充聚合物，并对填充聚合物后的所述微纤维阵列槽形进行处理，获取聚合物微纤维结构，具体包括下述步骤：
步骤S131：将ST-1060环氧树脂胶聚合物30填充至已所述微纤维槽形内。
进一步地，填充过程中需在真空条件下完成，以去除槽内以及聚合物内部所包含的气体。
请参阅图2中(d)，为本发明实施例提供的聚合物微纤维结构的结构示意图。
步骤S132：通过XeF2干法刻蚀去除所述硅衬底的底层硅；
步骤S133：利用缓冲液对所述硅衬底的氧化层进行刻蚀；
进一步地，所述缓冲液为BHF。
步骤S134：利用XeF2干法刻蚀去除所述硅衬底的顶层硅，得到环氧树脂胶聚合物微纤维阵列。
请参阅图2中(e)，为本发明实施例提供的聚合物微纤维结构的结构示意图。
可以理解，为了提高聚合物微纤维结构的柔性，在已制备聚合物微纤维结构表面以旋涂方式涂覆一层F-25环氧树脂胶40，涂覆后需要在室温环境下固化24小时。
请参阅图2中(f)，为本发明实施例提供的经固化后的聚合物微纤维结构的结构示意图。
本发明提供的聚合物微纤维结构的制备方法，通过在光刻胶胶膜上制备孔形光刻胶掩模，在所述孔形光刻胶掩模上制备微纤维阵列槽形，在所述微纤维阵列槽形内填充聚合物，并对填充聚合物后的所述微纤维阵列槽形进行处理，获取聚合物微纤维结构，本发明提供的聚合物微纤维结构的制备方法，工艺简单，制备得到的聚合物微纤维结构基于仿生范德华力，能够实现对诸如生物芯片、生物薄膜、DUV/EUV镜片等易损伤、难抓取的异形结构物、脆性物进行“零损伤”抓取。
当然本发明的聚合物微纤维结构的制备方法还可具有多种变换及改型，并不局限于上述实施方式的具体结构。总之，本发明的保护范围应包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代以及改型。
Claims (9)
1.一种聚合物微纤维结构的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
在光刻胶胶膜上制备孔形光刻胶掩模；
在所述孔形光刻胶掩模上制备微纤维阵列槽形；
在所述微纤维阵列槽形内填充聚合物，并对填充聚合物后的所述微纤维阵列槽形进行处理，获取聚合物微纤维结构。
2.如权利要求1所述的聚合物微纤维结构的制备方法，其特征在于，在光刻胶胶膜上制备孔形光刻胶掩模的步骤中，具体包括下述步骤：
提供一硅衬底，所述硅衬底包括硅基底及氧化层，所述硅基底包括顶层硅及底层硅，所述氧化层设置于所述顶层硅及底层硅之间；
在所述硅衬底的顶层硅的部分位置涂覆有光刻胶；
利用紫外掩模板接触式曝光对已涂覆光刻胶的位置进行曝光处理；
利用碱性显影液对曝光后光刻胶进行显影处理，获得孔形光刻胶掩模。
3.如权利要求2所述的聚合物微纤维结构的制备方法，其特征在于，在进行在所述硅衬底的顶层硅的部分位置涂覆有光刻胶的步骤之前还包括下述步骤：
对所述硅衬底进行清洗、前烘、匀胶、后烘处理。
4.如权利要求2所述的聚合物微纤维结构的制备方法，其特征在于，在所述孔形光刻胶掩模制备微纤维阵列槽形的步骤中，具体包括下述步骤：
利用所述硅衬底在酸性溶液中所体现的各向同性刻蚀特点在所述孔形光刻胶掩模上制备碗装槽形；
利用反应离子束深刻蚀技术对所述硅衬底进行高深宽比槽形的制备，得到所述微纤维阵列槽形。
5.如权利要求4所述的聚合物微纤维结构的制备方法，其特征在于，在所述微纤维阵列槽形内填充聚合物，并对填充聚合物后的所述微纤维阵列槽形进行处理，获取聚合物微纤维结构，具体包括下述步骤：
将ST-1060环氧树脂胶聚合物填充至已所述微纤维槽形内；
通过XeF2干法刻蚀去除所述硅衬底的底层硅；
利用缓冲液对所述硅衬底的氧化层进行刻蚀；
利用XeF2干法刻蚀去除所述硅衬底的顶层硅，得到环氧树脂胶聚合物微纤维阵列。
6.如权利要求5所述的聚合物微纤维结构的制备方法，其特征在于，还包括下述步骤：
在所述氧树脂胶聚合物微纤维阵列的表面以旋涂方式涂覆一层F-25环氧树脂胶，涂覆在室温环境下固化，得到所述聚合物微纤维结构。
7.如权利要求5所述的聚合物微纤维结构的制备方法，其特征在于，在将ST-1060环氧树脂胶聚合物填充至已所述微纤维槽形内的步骤中，所述填充在真空环境中进行。
8.如权利要求5所述的聚合物微纤维结构的制备方法，其特征在于，在利用缓冲液对所述硅衬底的氧化层进行刻蚀的步骤中，所述缓冲液为BHF。
9.一种聚合物微纤维结构的应用，其特征在于，所述聚合物微纤维结构用于包异形结构物或脆性物，所述异形结构物包括生物芯片、生物薄膜或DUV/EUV镜片。
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