CN110669235A - 一种pdms薄膜的便捷制作方法 - Google Patents

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李梦麒
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    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/18—Manufacture of films or sheets
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
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Abstract

本发明公开了一种PDMS薄膜的便捷制作方法，属于微流控技术应用领域。本发明方法涵盖了两大关键技术：薄膜悬浮制作技术、PDMS水面均匀铺展技术。其中薄膜悬浮技术是利用PDMS和水的基本物理特性，PDMS因密度较大而浮在水面，同时PDMS所受重力与水面对PDMS的表面张力使得PDMS完全铺展成规则的圆形，制作完成的PMDS薄膜悬浮在水面可以方便的取下同时不破坏薄膜完整性。PDMS水面均匀铺展技术为PDMS薄膜的表面光滑性以及平整性提供了保障。因为薄膜制作容器大小可调整，因此本方法为PDMS工业化大批量制作提供了解决方案。

Description

一种PDMS薄膜的便捷制作方法
技术领域
本发明涉及一种PDMS薄膜制作方法，属于微流控技术应用领域。
背景技术
微流控是一种精确控制和操控微尺度流体的技术，具有精准、微量、可集成等特点，微型化的微流控芯片在生物医学研究、药物合成筛选、环境监测与保护、卫生检疫、司法鉴定、生物试剂的检测等众多领域的应用提供了极为广阔的前景。聚二甲基硅氧烷(PDMS)因其透气性、易于加工等特点是目前微流控芯片中应用最为广泛的材料，随着微流控芯片不断向微型化、精准化发展，PDMS薄膜成为研究热点，但PDMS薄膜的制作依然存在着以下的问题：
(1)利用甩膜机制作PDMS薄膜是最常见的方法，但是在制作工艺上甩膜机的使用对PDMS的粘稠度、甩膜机的转速和时间要求很严格，如果参数处理不当，很容易发生甩膜不均匀、表面出现条纹、凝结硬块等问题。制作出的成品直径在10cm左右，很难实现大批量的制作，同时薄膜剥除容易破坏薄膜的完整性。机器使用过程中甩膜机的马达在工作的时候会产生大量的油烟对空气的污染较大。
(2)牺牲层模具制作PDMS薄膜的方法们虽然降低薄膜剥离难度，但是操作过程复杂，同时制作是需要各种辅助工具材料复杂，提高了PDMS薄膜制作成本。此方法PDMS采用旋涂工艺，同样需要类似甩胶机的设备，旋涂方法对PDMS溶液粘稠度和机器转速也有一定的参数要求。此方法仅解决了PDMS最后一步剥离困难的方法，但是并没有简便前期的制作过程。
本发明主要针对以上薄膜制作技术需求高、薄膜剥离困难以及制作成本高等问题，设计了PDMS薄膜制作方法，该方法涵盖了薄膜悬浮制作技术以及PDMS水面均匀铺展技术。其中薄膜悬浮技术是利用PDMS和水的基本物理特性，PDMS因密度较大而浮在水面，同时PDMS所受重力与水面对PDMS的表面张力使得PDMS完全铺展成规则的圆形，制作完成的PMDS薄膜悬浮在水面可以方便的取下同时不破坏薄膜完整性。PDMS水面均匀铺展技术为PDMS薄膜的表面光滑性以及平整性提供了保障。因为薄膜制作容器大小可调整，因此本方法为PDMS工业化大批量制作提供了解决方案。
发明内容
本发明主要针对以上薄膜制作技术需求高、薄膜剥离困难以及制作成本高等问题，设计了新型PDMS薄膜制作方法。该方法含有两大关键技术：薄膜悬浮技术、PDMS水面均匀铺展技术。
薄膜悬浮技术是利用水(3)和PDMS溶液(2)的物理特性，整个制作过程PDMS溶液(2)将漂浮于支撑水面(3)上。PDMS溶液(2)在水面上的铺展受自身的重力和水面给予的表面张力双重影响，因此薄膜悬浮技术一个关键的步骤是通过调节支撑水层(3)的表面张力来制作不同厚度的PDMS薄膜(2)。
此外PDMS溶液(2)在常温下会产生轻微的固化现象，随时间推移不断固化的PDMS(2)会出现结块、延展性变弱等问题。因此PDMS(2)配比后的有效时间以及有效判别方法也是薄膜悬浮技术的另一个关键步骤。
PDMS水面均匀铺展技术为薄膜平面光滑度和完整性提供了保障。此技术包括PDMS溶液(2)倾倒液面高度、倾倒方向、液膜成型判定三个步骤。PDMS溶液(2)在真空抽气后再倾倒过程中，如果液面和水面(3)的距离过大，正在倾倒过程中PDMS溶液(2)会吸收空气中的气体，薄膜会出现气泡。为保证水面(3)上的PDMS溶液(2)密实没有缝隙，此时应顺一个方向倾倒PDMS溶液(2)。为保证薄膜的完整性，在倾倒步骤完成后应及时光照检查液膜是否密实适当进行填补。
与现有薄膜制作方法相比较，本发明具有如下技术效果，
1、与常用的旋涂法相比，本方法装置简单、无需外加复杂驱动设备，不会因为发动机工作产生油烟污染空气。
2、利用材料本身的属性，PDMS溶液(2)受自身的重力，以及水面(3)对其产生的表面张力双重影响，制作出的PMDS薄膜(2)厚度均匀，不会出现表面不光滑、有颗粒物等问题。
3、通过调节聚四氟乙烯容器的大小，单次可制作任意大小的PDMS薄膜，适合工业化大批量生产。
4、向水(3)中添加适当剂量的SDS粉末，调制不同浓度的SDS水溶液(3)来调整水面的表面张力，可以制作不同厚度的PDMS薄膜(2)。
5、由于本方法始基于材料本身属性制作PDMS薄膜(2)，由重力和表面张力共同作用薄膜可呈现出规则、完整的圆形
附图说明
图1是本发明的示意图。
图中：1、聚四氟乙烯容器，2、PDMS薄膜，3、水
具体的实施方式
下面结合结构附图对如何制作PDMS薄膜进行进一步详细说明。图1为本发明的示意图。本发明主要针对以上薄膜制作技术需求高、薄膜剥离困难以及制作成本高等问题，设计了新型PDMS薄膜制作方法。
本发明采用的技术方案为一种PDMS薄膜的便捷制作方法，该方法包括如下步骤：
第一步、向聚四氟乙烯容器(1)中倒入添加一半的水(3)，并向水(3)中添加适当剂量表面活性剂SDS调整水面的表面张力。
第二步、配比PDMS预置剂(A胶)和固化剂(B胶)10:1的混合溶液，充分搅拌后放置真空箱内进行抽真空操作，清除溶液内残留气泡。
第三步、将装有去除气泡PDMS溶液的容器口紧贴水面，顺时针慢速移动装有PDMS溶液的容器将适量PDMS溶液倒在水面上。倾倒的过程中因PDMS溶液的密度高于水(3)，以及水(3)面对PDMS溶液的表面张力，使得PDMS溶液会浮在水面成PDMS薄膜(2)，在PDMS薄膜(2)的边缘处距离聚四氟乙烯容器(1)边缘3cm的时候停止倾倒PDMS薄膜(2)。倾倒过程完成后，用光源照射水面检查PDMS薄膜(2)的完整性，如有缝隙及时进行填充。
第四步、PDMS薄膜(2)静置一天常温凝固，在静置阶段的PDMS薄膜(2)不断扩展塌落，最终形成厚度均匀、表面光滑的PDMS薄膜(2)。
最后，成型的PMDS薄膜(2)悬浮在水面能够方便的取下，同时不破坏薄膜完整性。
加工要求：
A)本方法制作PDMS薄膜的聚四氟乙烯容器大小根据薄膜大小需求进行调整，但是薄膜应避免全部充满容器，以防水中气泡破坏薄膜的完整性。
B)薄膜的厚度通过调节水溶液的表面张力来控制。经过测试0.6％SDS水溶液作为支撑液体即可制作出500nm厚的PDMS薄膜。
C)PDMS配置：PDMS预置剂(A胶)和固化剂(B胶)10:1的混合溶液，充分搅拌后放置真空箱内进行抽真空操作，清除溶液内残留气泡。
D)配置好的PDMS虽然长时间可以保持液体状态，但是久置的PDMS溶液会变得粘稠，不容易形成光滑的液膜表面。应在配置好后及时进行下一步。配置后搁置一段时间后的PDMS溶液搅拌后拉起若液体不可顺滑的留下出现拉丝问题，则不适合进行薄膜制作。
E)PDMS溶液倾倒的过程中，保持PDMS直接接触水面，以防倾倒过程中空气进入，最终薄膜表面不平整。
F)PDMS溶液应形顺一个方向倾倒，不断倒在水面上的PDMS溶液应形成无缝液膜，在液膜还未凝固前可适当的对缝隙进行填补。
G)PDMS液膜在水面上不宜填满整个平面，PDMS薄膜边缘距离装盛容器边缘3cm为最佳。

Claims (5)

1.一种PDMS薄膜的便捷制作方法，其特征在于：该方法包括如下步骤，
第一步、向聚四氟乙烯容器(1)中倒入添加一半的水(3)，并向水(3)中添加适当剂量表面活性剂SDS调整水面的表面张力；
第二步、配比PDMS预置剂和固化剂10:1的混合溶液，充分搅拌后放置真空箱内进行抽真空操作，清除溶液内残留气泡；
第三步、将装有去除气泡PDMS溶液的容器口紧贴水面，顺时针慢速移动装有PDMS溶液的容器将适量PDMS溶液倒在水面上；倾倒的过程中因PDMS溶液的密度高于水(3)，以及水(3)面对PDMS溶液的表面张力，使得PDMS溶液会浮在水面成PDMS薄膜(2)，在PDMS薄膜(2)的边缘处距离聚四氟乙烯容器(1)边缘3cm的时候停止倾倒PDMS薄膜(2)；倾倒过程完成后，用光源照射水面检查PDMS薄膜(2)的完整性，如有缝隙及时进行填充；
第四步、PDMS薄膜(2)静置一天常温凝固，在静置阶段的PDMS薄膜(2)不断扩展塌落，最终形成厚度均匀、表面光滑的PDMS薄膜(2)；
最后，成型的PMDS薄膜(2)悬浮在水面能够方便的取下，同时不破坏薄膜完整性。
2.根据权利要求1所述的一种PDMS薄膜的便捷制作方法，其特征在于：本方法制作PDMS薄膜的聚四氟乙烯容器大小根据薄膜大小需求进行调整，但是PDMS薄膜避免全部充满容器，以防水中气泡破坏薄膜的完整性。
3.根据权利要求1所述的一种PDMS薄膜的便捷制作方法，其特征在于：PDMS薄膜的厚度通过调节水溶液的表面张力来控制；经过测试0.6％SDS水溶液作为支撑液体即可制作出500nm厚的PDMS薄膜。
4.根据权利要求1所述的一种PDMS薄膜的便捷制作方法，其特征在于：PDMS溶液顺一个方向倾倒，不断倒在水面上的PDMS溶液应形成无缝液膜，在液膜还未凝固前能够对缝隙进行填补。
5.根据权利要求1所述的一种PDMS薄膜的便捷制作方法，其特征在于：PDMS液膜在水面上不填满整个平面，PDMS薄膜边缘距离装盛容器边缘3cm。
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