CN110255493B - 一种可延展大长径比微米管的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种可延展大长径比微米管的制造方法，先将PDMS本体和固化剂配制成PDMS混合溶液，注入烧杯，进行抽真空去气泡；然后选用大长径比纤维作为粘附材料，用清水清洗，疏水处理，将大长径比纤维卷制在可旋转和升降的柱心上，并在纤维底端粘接微小质量块，将大长径比纤维缓慢浸入PDMS混合溶液中；在大长径比纤维的周围布置一个加热线圈，然后锁定柱心的旋转运动，使其按一定速度向上提升，露出PDMS混合溶液液面的大长径比纤维表面粘附形成PDMS薄膜，并通过加热线圈进行烘干，直至微小质量块完全脱离PDMS混合溶液液面；最后去掉柔性基底中的大长径比纤维，获得可延展大长径比微米管；本发明所得微米管具有长径比大、可延展性好的优点。

Description

一种可延展大长径比微米管的制造方法
技术领域
本发明属于微米管制造技术领域，具体涉及一种可延展大长径比微米管的制造方法。
背景技术
微米管以直径小、长径比高在元器件和装置的微型化方面有重要意义，柔性微米管广泛应用于柔性电极的制备，具有良好的可延展性和导电性。金属、非金属、氧化物、陶瓷等都可以制成微米管,其可应用于光学、电子学、医疗科技和微机械装置等多种领域。
传统制造管材的方法有挤出、拉伸、注射等，这些方法可制备多种微米管，但管的内径和材料种类受到限制，用这些方法制备的陶瓷管的最小直径为0.1-1mm，制备的铜管最小直径为0.05-0.2mm，同时微米管的材料也限于一些刚性材料，不具备良好的可延展性。另外有通过翻模和复型制作微米管的方法，但此种方法所制作的微米管为盲管，只有一端是通孔，并且微米管的长度由模板上的立柱高度决定，长度受到限制；而其内径由立柱的直径决定，当制作亚微米级的的微米管时，亚微米距离的立柱难以加工，加工成本高。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种可延展大长径比微米管的制造方法，所得微米管具有长径比大、可延展性好的优点，制备工艺简单。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种可延展大长径比微米管的制造方法，包括以下步骤：
1)配置柔性基体的混合溶液：以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为柔性基底材料，将PDMS本体和固化剂配制成PDMS混合溶液，将PDMS混合溶液注入烧杯，进行抽真空去气泡；
2)选择大长径比纤维材料：选用大长径比纤维作为粘附材料，用清水对大长径比纤维进行清洗，然后疏水处理；将大长径比纤维卷制在可旋转和升降的柱心上，并在纤维底端粘接一微小质量块，然后将大长径比纤维缓慢浸入PDMS混合溶液中；
3)PDMS混合溶液粘接在纤维上形成可延展大长径比的微米管：在大长径比纤维的周围布置一个加热线圈，然后锁定柱心的旋转运动，使其按一定速度向上提升，露出PDMS混合溶液液面的大长径比纤维表面粘附形成PDMS薄膜，并通过加热线圈进行烘干，直至微小质量块完全脱离PDMS混合溶液液面；
4)去掉柔性基底中的大长径比纤维，获得可延展大长径比微米管。
所述的步骤1)中PDMS混合溶液的PDMS本体和固化剂的质量比为8:1-15:1。
所述的步骤2)中的大长径比纤维的材料为碳纤维或银丝。
所述的步骤2)中的大长径比纤维的直径d＝0.05-0.1mm。
所述的步骤2)中采用PECVD沉积C4F8进行疏水处理，沉积的厚度为20-100nm。
所述的步骤3)中的加热线圈的加热温度为90-180℃。
所述的步骤3)中柱心的上升速度v＝5-30mm/s。
所述的步骤4)中的去除大长径比纤维的速度为50-500mm/s。
本发明的优点在于:制造的可延展大长径比微米管具有长径比大，可连续制造的优点，微米管的内径由所选纤维材料决定，可控制在0.05-0.1mm，而长度能达到200-1000mm。所制备的微米管由柔性基体制成，具有良好的延展性，其两端都是通孔，方便其在柔性电子器件中的应用。制备过程主要为粘附，烘干，去纤维材料，加工过程简单，纤维材料可以反复使用，能有效的降低成本。
附图说明
图1是配置PDMS混合溶液并注入烧杯的示意图。
图2(a)是将底端粘有微小质量块的大长径比纤维卷制在柱心上的示意图；图2(b)是旋转柱心，将大长径比纤维缓慢浸入PDMS混合溶液的示意图。
图3(a)是大长径比纤维开始上升时PDMS柔性微米管成型并加热烘干的示意图；图3(b)是大长径比纤维开始上升一段时间后PDMS柔性微米管成型并加热烘干的示意图；图3(c)是大长径比纤维离开液面时PDMS柔性微米管成型并加热烘干的示意图；图3(d)是微小质量块离开液面时PDMS柔性微米管成型并加热烘干的示意图。
图4(a)是从PDMS大长径微米管中开始去除大长径比纤维的示意图；图4(b)是从PDMS大长径微米管中去除大长径比纤维的示意图；图4(c)获得PDMS大长径微米管的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。
实施例1，一种可延展大长径比微米管的制造方法，包括以下步骤：
1)配制柔性基体的混合溶液：参照图1，以聚二甲基硅氧烷PDMS为柔性基底材料，将PDMS本体和固化剂配按8:1制成PDMS混合溶液1，将PDMS混合溶液1注入烧杯，然后抽真空去气泡；
2)选择柔性纤维材料：参照图2，选用直径d＝0.05mm的碳纤维作为粘附材料3，用清水对碳纤维进行清洗，用PECVD沉积C4F8进行疏水处理，沉积的厚度为20nm；将碳纤维卷制在可旋转和升降的柱心2上，并在碳纤维底端粘接微小质量块4，然后将碳纤维缓慢浸入PDMS混合溶液1中；
3)PDMS混合溶液1粘接在碳纤维上形成可延展大长径比的微米管：参照图3，在碳纤维周边布置一个加热线圈6，加热线圈6加热温度控制在90℃，将绕有碳纤维的柱心2按v＝5mm/s速度向上提升，拉出的碳纤维表面粘附形成PDMS薄膜5，并通过加热线圈6加热烘干，直至微小质量4块完全脱离PDMS混合溶液1液面；
4)去除碳纤维：参照图4，以50mm/s的速度去掉PDMS薄膜5中的碳纤维，获得可延展大长径比微米管7。
实施例2，一种可延展大长径比微米管的制造方法，包括以下步骤：
1)配制柔性基体的混合溶液：参照图1，以聚二甲基硅氧烷PDMS为柔性基底材料，将PDMS本体和固化剂配按10:1制成PDMS混合溶液1，将PDMS混合溶液1注入烧杯，然后抽真空去气泡；
2)选择柔性纤维材料：参照图2，选用直径d＝0.08mm的碳纤维作为粘附材料3，用清水对碳纤维进行清洗，用PECVD沉积C4F8进行疏水处理，沉积的厚度为50nm；将碳纤维卷制在可旋转和升降的柱心2上，并在碳纤维底端粘接微小质量块4，然后将碳纤维缓慢浸入PDMS混合溶液1中；
3)PDMS混合溶液1粘接在碳纤维上形成可延展大长径比的微米管：参照图3，在碳纤维周边布置一个加热线圈6，加热线圈6加热温度控制在150℃，将绕有碳纤维的柱心2按v＝20mm/s速度向上提升，拉出的碳纤维表面粘附形成PDMS薄膜5，并通过加热线圈6加热烘干，直至微小质量块4完全脱离PDMS混合溶液1液面；
4)去除碳纤维：参照图4，以200mm/s的速度去掉PDMS薄膜5中的碳纤维，获得可延展大长径比微米管7。
实施例3，一种可延展大长径比微米管的制造方法，包括以下步骤：
1)配制柔性基体的混合溶液：参照图1，以聚二甲基硅氧烷PDMS为柔性基底材料，将PDMS本体和固化剂配按15:1制成PDMS混合溶液1，将PDMS混合溶液1注入烧杯，然后抽真空去气泡；
2)选择柔性纤维材料：参照图2，选用直径d＝0.1mm的银丝作为粘附材料3，用清水对银丝进行清洗，用PECVD沉积C4F8进行疏水处理，沉积的厚度为100nm；将银丝卷制在可旋转和升降的柱心2上，并在银丝底端粘接微小质量块4，然后将银丝缓慢浸入PDMS混合溶液1中；
3)PDMS混合溶液1粘接在银丝上形成可延展大长径比的微米管：参照图3，在银丝周边布置一个加热线圈6，加热线圈6加热温度控制在180℃，将绕有银丝的柱心2按v＝30mm/s速度向上提升，拉出的银丝表面粘附形成PDMS薄膜5，并通过加热线圈6加热烘干，直至微小质量块4完全脱离PDMS混合溶液1液面；
4)去除银丝：参照图4，以200mm/s的速度去掉PDMS薄膜5中的银丝，获得可延展大长径比微米管7。

Claims (1)

1.一种可延展大长径比微米管的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)配置柔性基体的混合溶液：以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为柔性基底材料，将PDMS本体和固化剂配制成PDMS混合溶液，将PDMS混合溶液注入烧杯，进行抽真空去气泡；
2)选择大长径比纤维材料：选用大长径比纤维作为粘附材料，用清水对大长径比纤维进行清洗，然后疏水处理；将大长径比纤维卷制在可旋转和升降的柱心上，并在纤维底端粘接一微小质量块，然后将大长径比纤维缓慢浸入PDMS混合溶液中；
3)PDMS混合溶液粘接在纤维上形成可延展大长径比的微米管：在大长径比纤维的周围布置一个加热线圈，然后锁定柱心的旋转运动，使其按一定速度向上提升，露出PDMS混合溶液液面的大长径比纤维表面粘附形成PDMS薄膜，并通过加热线圈进行烘干，直至微小质量块完全脱离PDMS混合溶液液面；
4)去掉柔性基底中的大长径比纤维，获得可延展大长径比微米管；
所述的步骤1)中PDMS混合溶液的PDMS本体和固化剂的质量比为8:1-15:1；
所述的步骤2)中的大长径比纤维的材料为碳纤维或银丝；
所述的步骤2)中的大长径比纤维的直径d＝0.05-0.1mm；
所述的步骤2)中采用PECVD沉积C4F8进行疏水处理，沉积的厚度为20-100nm；
所述的步骤3)中的加热线圈的加热温度为90-180℃；
所述的步骤3)中柱心的上升速度v＝5-30mm/s；
所述的步骤4)中的去除大长径比纤维的速度为50-500mm/s。
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