CN111704799A - 一种用于聚合物薄膜图案化的pdms和aao双层嵌入式模板的制备方法与应用 - Google Patents

一种用于聚合物薄膜图案化的pdms和aao双层嵌入式模板的制备方法与应用 Download PDF

Info

Publication number
CN111704799A
CN111704799A CN202010531532.3A CN202010531532A CN111704799A CN 111704799 A CN111704799 A CN 111704799A CN 202010531532 A CN202010531532 A CN 202010531532A CN 111704799 A CN111704799 A CN 111704799A
Authority
CN
China
Prior art keywords
aao
pdms
sheet
template
patterning
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010531532.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111704799B (zh
Inventor
丁光柱
刘结平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huaibei Normal University
Original Assignee
Huaibei Normal University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huaibei Normal University filed Critical Huaibei Normal University
Priority to CN202010531532.3A priority Critical patent/CN111704799B/zh
Publication of CN111704799A publication Critical patent/CN111704799A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111704799B publication Critical patent/CN111704799B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
    • C08K3/20—Oxides; Hydroxides
    • C08K3/22—Oxides; Hydroxides of metals
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D7/00—Producing flat articles, e.g. films or sheets
    • B29D7/01—Films or sheets
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
    • C25D11/02—Anodisation
    • C25D11/04—Anodisation of aluminium or alloys based thereon
    • C25D11/045—Anodisation of aluminium or alloys based thereon for forming AAO templates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
    • C25D11/02—Anodisation
    • C25D11/04—Anodisation of aluminium or alloys based thereon
    • C25D11/06—Anodisation of aluminium or alloys based thereon characterised by the electrolytes used
    • C25D11/08—Anodisation of aluminium or alloys based thereon characterised by the electrolytes used containing inorganic acids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
    • C25D11/02—Anodisation
    • C25D11/04—Anodisation of aluminium or alloys based thereon
    • C25D11/06—Anodisation of aluminium or alloys based thereon characterised by the electrolytes used
    • C25D11/10—Anodisation of aluminium or alloys based thereon characterised by the electrolytes used containing organic acids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
    • C25D11/02—Anodisation
    • C25D11/04—Anodisation of aluminium or alloys based thereon
    • C25D11/12—Anodising more than once, e.g. in different baths
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
    • C25D11/02—Anodisation
    • C25D11/04—Anodisation of aluminium or alloys based thereon
    • C25D11/16—Pretreatment, e.g. desmutting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
    • C25D11/02—Anodisation
    • C25D11/04—Anodisation of aluminium or alloys based thereon
    • C25D11/18—After-treatment, e.g. pore-sealing
    • C25D11/24—Chemical after-treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
    • C08K3/20—Oxides; Hydroxides
    • C08K3/22—Oxides; Hydroxides of metals
    • C08K2003/2227—Oxides; Hydroxides of metals of aluminium

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)
  • Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)

Abstract

本发明提供了一种用于聚合物薄膜图案化的PDMS和AAO双层嵌入式模板的制备方法：首先，制备PDMS溶液；其次，采用二次阳极氧化法制备阳极氧化铝薄片，去掉氧化铝薄膜基底的铝片，将AAO薄片放入磷酸溶液中通孔，干燥后得双通型AAO薄片；将薄片浸泡在PDMS溶液中并排气泡，取出填充有PDMS溶液的AAO薄片，刮去AAO薄片一面上的PDMS胶水并将此面与叔丁醇接触，将AAO薄片漂浮在叔丁醇溶液中清洗，取出一端通畅孔结构的AAO薄片，接着进行剩余PDMS材料交联。本发明还提供了一种上述PDMS和AAO双层嵌入式模板的应用。本发明模板制备简单、成本低，且同时具有硬模板和软模板的优点，具有良好的应用价值。

Description

一种用于聚合物薄膜图案化的PDMS和AAO双层嵌入式模板的 制备方法与应用
技术领域
本发明涉及聚合物图案化模板的制备领域，尤其涉及一种用于聚合物薄膜图案化的PDMS和AAO双层嵌入式模板的制备方法与应用。
背景技术
随着纳米科学技术的发展和功能聚合物材料的深入研究，聚合物薄膜的微纳图案化引起了广泛的关注和重视。例如，聚合物薄膜纳米柱图案化的构筑就是其中一个重要的方面。相对于没有图案化的聚合物薄膜，聚合物纳米柱薄膜的构筑表现出一系列特殊的材料性能和潜在的应用范围，诸如药物载体、特殊活性基底、界面性能、光学性能和光电性能等等方面。因此，这些功能材料的性能优化和应用前景已经与聚合物材料的图案化过程密不可分了，由此可以看出，关于聚合物薄膜图案化的研究有着重要的理论和实践意义。
目前，已有一些研究尝试进行聚合物薄膜纳米柱的图案化研究，例如，光刻技术、等离子刻蚀、共聚物自组装和纳米压印等等，但是这些方法从某些层次上分析都具有各自的优点和不足之处。在这些方法之中，纳米压印方法在构筑聚合物图案化薄膜方面是最具有应用前景的技术方法之一。纳米压印方法是由美国普林斯顿大学的Chou教授提出并被广泛应用，该方法具有高分辨、高产量和低成本的优点。纳米压印技术方法是将压印模板的图案在合适的时间、温度和压力条件下成功复制到聚合物薄膜表面上，因此，压印模板的制备对聚合物薄膜图案化过程的完美实现有着重要的决定作用。纳米压印技术所用的压印模板有硬模板和软模板。常见的硅模板、石英模板和阳极氧化铝(AAO)模板一般都属于硬模板，硬模板在纳米压印过程中表现出很强的性能优势，诸如，高分辨率、高化学稳定、高机械强度和高尺寸稳定性等，但是，硬模板在较高温度和较高压力的压印过程中容易损坏破裂。为了优化硬模板的不足之处，软模板逐渐出现，诸如聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚酯(PET)和含氟乙烯薄膜等都是软模板。软模板虽然在压印过程中不容易损坏破裂，但是也是有很多需要优化之处，譬如耐热性、化学稳定性、尺寸稳定性和图案分辨率等等。因此，如何制备同时具有硬模板和软模板的优点的压印模板，对于纳米压印技术的应用和聚合物薄膜图案化的全面系统成功，具有重要的决定性意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种能够同时发挥纳米压印硬模板和软模板优势的用于聚合物薄膜图案化的PDMS和AAO双层嵌入式模板的制备方法与应用。
本发明采用以下技术方案解决上述技术问题：
一种用于聚合物薄膜图案化的聚二甲基硅氧烷(PDMS)和阳极氧化铝(AAO)双层嵌入式模板的制备方法，包括如下步骤：
(1)配置PDMS胶水溶液，并在0℃条件下用搅拌器搅拌0.5h；然后，置于真空干燥箱中，在真空条件下保持1h以消除气泡；待气泡完全消除后，将其保存于0℃条件下的密闭容器中备用；
(2)采用二次阳极氧化法制备双通型阳极氧化铝薄片；以高纯铝片作为原始材料，在丙酮和无水乙醇溶液中分别超声10min洗涤，然后烘干；放置铝片到马弗炉中450℃条件下保持5h，然后自然冷却到室温；接着，将铝片浸泡到1mol/L氢氧化钠溶液中浸泡处理10～20min，用去离子水清洗并烘干；用体积比为4:1的高氯酸和无水乙醇的混合溶液作为抛光液进行抛光工艺处理；然后，采用草酸或者硫酸作为电解液，在20～60V的氧化电压下氧化6～12h，水洗，烘干；接着，在质量分数为6％的磷酸和1.8％铬酸的混合液中浸泡2h，水洗并烘干，然后进行二次氧化；在去掉氧化铝薄膜基底的铝片之后，将AAO薄片放入30℃条件下的5wt％磷酸溶液中通孔4～60min，水洗，烘干，得双通型AAO薄片；
(3)将步骤(2)制得的“双通型AAO薄片”整体完全浸泡在步骤(1)制备的“PDMS胶水溶液”中，然后将整体浸泡体系放置在真空干燥箱中保持20min；接着，将整体浸泡体系保存于0℃条件下的密闭容器中保持2h，来完全排除双通型AAO薄片中周期性规整的孔结构中的气泡，以便PDMS胶水溶液完全饱满的填充到孔结构中；
(4)将填充有PDMS胶水溶液的双通型AAO薄片从浸泡体系中取出，此时，双通型AAO薄片的孔结构和薄片两面都有PDMS胶水；接着，将双通型AAO薄片的一面上的PDMS胶水逐步刮去，而另外一面不用刮去PDMS胶水，仍然保持不变；紧接着，再将填充有PDMS胶水的双通型AAO薄片漂浮在44℃叔丁醇溶液中清洗50～150s，以重新产生一端通畅的孔结构；清洗时，将双通型AAO薄片中已经刮去PDMS胶水的一面朝下放置与叔丁醇接触进行漂浮清洗，另外一面不接触叔丁醇；待清洗工作完成，取出一端通畅孔结构的AAO薄片水平放置在110℃热台并保持5min，从而去除残留的叔丁醇溶剂，此时已经制备了部分填充PDMS的一端通畅孔结构的AAO薄片；最后，将部分填充PDMS的一端通畅孔结构的AAO薄片转移至70℃烘箱内，使PDMS胶水交联1h；至此，部分填充PDMS的一端通畅孔结构的AAO薄片已经转换成目标所需的“PDMS和AAO双层嵌入式模板”。
作为本发明的优选方式之一，所述步骤(1)中，PDMS胶水溶液的配方比例为5:1。
作为本发明的优选方式之一，所述步骤(2)中，所述高纯铝片的纯度为99.999％，厚度为0.3mm。
作为本发明的优选方式之一，所述步骤(2)中，最终得到的双通型AAO薄片中周期性规整的孔结构直径为30～150nm，深度为50um。
作为本发明的优选方式之一，所述步骤(3)中，在整个浸泡过程中，双通型的AAO薄片内的孔结构为两端通畅。
作为本发明的优选方式之一，所述步骤(4)中，“将双通型AAO薄片中已经刮去PDMS胶水的一面朝下放置与叔丁醇接触进行漂浮清洗，另外一面不接触叔丁醇”的目的是洗去AAO薄片孔结构中的部分PDMS溶液，以重新产生一端通畅的孔结构，为下一步进行聚合物图案化过程提供模板。
一种上述用于聚合物薄膜图案化的PDMS和AAO双层嵌入式模板的应用，将所述PDMS和AAO双层嵌入式模板应用于聚合物薄膜图案化。
作为本发明的优选方式之一，将所述PDMS和AAO双层嵌入式模板应用于聚合物薄膜图案化的具体方法为：根据聚合物的种类和性能，选用相应溶剂，并配置好聚合物溶液，接着采用旋涂的方法制备目标所需的聚合物薄膜；旋涂时，将PDMS和AAO双层嵌入式模板孔结构畅通的一面与聚合物薄膜面对面放置；接着，选择合适的图案化压力、温度和时间，采用平板压印的图案化方法；最后，取出双层嵌入式模板，完成聚合物薄膜的图案化制备。
作为本发明的优选方式之一，所述聚合物溶液的旋涂转速为800～6000rpm，所述合适的图案化压力、温度和时间分别为10～70bar，0～250℃，10～3600s；最终所得的聚合物薄膜厚度范围为20nm～2um。
本发明相比现有技术的优点在于：
(1)PDMS和AAO双层嵌入式模板的制备流程简单，制备成本低：
传统的硬模板制备需要用到光刻技术或者电子束曝光工艺，包含有光刻胶的图案化、金属作用、模板的刻蚀和模板后处理等，制备流程繁琐，生产参数苛刻，整体而言，生产硬制备模板价格昂贵，成本非常高；本发明PDMS和AAO双层嵌入式模板的制备中涉及到AAO薄片的制备和PDMS胶水的后期处理，而原始的AAO薄片的生产工艺简单、条件成熟、制备成本较低；另外，后期的PDMS胶水的处理只是将PDMS胶水部分的嵌入到AAO薄片的内部孔结构和PDMS胶水的交联，产生部分填充PDMS的一端通畅孔结构的AAO薄片即成功制备PDMS和AAO双层嵌入式模板，工艺更加简单，PDMS胶水价格便宜，成本低；因此，整体而言，本发明PDMS和AAO双层嵌入式模板的制备流程简单，制备成本低；
(2)PDMS和AAO双层嵌入式模板具有传统普通AAO模板的表面和内部结构，保留着硬模板的尺寸稳定性和力学强度等优点，在聚合物薄膜图案化过程中具有重要的应用：
本发明中PDMS和AAO双层嵌入式模板是考虑软硬模板的优点和不足之处，同时发挥纳米压印硬模板和软模板的优势进行制备的；最终可以直接应用于聚合物薄膜的图案化的模板是PDMS和AAO材料双层嵌入式共同作用的，模板是部分填充PDMS的一端通畅孔结构的AAO薄片，因此，模板的一端是PDMS交联后具有一定厚度的PDMS材料薄膜，而模板的另外一端是没有任何PDMS填充的AAO表面和具有一定深度的AAO内部孔结构，这一端的表面和内部与传统的AAO模板的表面和内部结构是完全一样，而且模板最终是依靠这一端与聚合物薄膜的表面进行接触图案化，因此，PDMS和AAO双层嵌入式模板保留着传统AAO硬模板的尺寸稳定性和力学强度等优点，在聚合物薄膜图案化过程中具有重要的应用；
(3)PDMS和AAO双层嵌入式模板具有传统软模板的韧性，在聚合物薄膜图案化过程中不容易损坏破裂，可以反复使用，并且PDMS和AAO双层嵌入式模板具有软模板在图案化过程中的受力均匀性，保证聚合物薄膜大面积图案化的均匀性和规整性：
PDMS和AAO双层嵌入式模板是部分填充PDMS的一端通畅孔结构的AAO薄片，模板的一端是没有任何PDMS填充的AAO表面和具有一定深度的AAO内部孔结构，而模板的另外一端是PDMS交联后具有一定厚度的PDMS材料薄膜，交联后的PDMS材料具有一定的韧性和弹性，这种韧性和弹性的PDMS材料和AAO薄片紧密嵌入式的结合在一起；因此，这种嵌入式的结构在聚合物薄膜图案化过程中会产生两种有利的结果，第一，韧性和弹性可以保证模板在压力的作用下受力均匀性和有一定的辅助释放不稳定的应力，保证具有一定刚性材料AAO薄片的受力均匀性，避免AAO薄片的损坏破裂；第二，韧性和弹性可以保证模板在聚合物薄膜图案化过程中整体受力均匀，模板和聚合物薄膜表面的接触面稳定均一，保证聚合物薄膜大面积图案化的均匀性和规整性；
(4)PDMS和AAO双层嵌入式模板适合大面积成批量聚合物薄膜的图案化加工：
PDMS和AAO双层嵌入式模板的制备流程简单、生产成本较低、图案化结构尺寸稳定和模板图案化循环利用性高，另外，通过调整PDMS和AAO双层嵌入式模板中AAO薄片的本身内部尺寸结构的变化，可以成功的实现具有不同周期和直径的AAO纳米尺寸结构，适用不同尺寸纳米结构图案化的需要，具有很强的可调性和丰富性，因此，PDMS和AAO双层嵌入式模板非常适合大面积成批量聚合物薄膜的纳米柱图案化的加工应用。
附图说明
图1是二次阳极氧化的氧化铝样品示意图；
图2是双通型AAO薄片示意图；
图3是填充有PDMS溶液的AAO薄片的结构示意图；
图4是一端通畅孔结构的AAO薄片示意图；
图5是PDMS和AAO双层嵌入式模板的示意图；
图6是PDMS和AAO双层嵌入式模板有孔结构的一端与聚合物薄膜面对面放置的示意图；
图7是聚合物薄膜图案化过程的结构示意图；
图8是聚合物纳米柱薄膜的示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
本实施例的一种PDMS和AAO双层嵌入式模板的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照PDMS胶水溶液的配方比例为5:1配置PDMS胶水溶液20mL，并在0℃条件下用搅拌器搅拌0.5h；然后，置于真空干燥箱中，在真空条件下保持1h以消除气泡；待气泡完全消除后，将其保存于0℃条件下的密闭容器中备用。
(2)采用二次阳极氧化法制备双通型阳极氧化铝薄片；以高纯铝片(纯度为99.999％，厚度为0.3mm)作为原始材料，在丙酮和无水乙醇溶液中分别超声10min洗涤，然后烘干；放置铝片到马弗炉中450℃条件下保持5h，然后自然冷却到室温；接着，将铝片浸泡到1mol/L氢氧化钠溶液中浸泡处理15min，用去离子水清洗并烘干；用体积比为4:1的高氯酸和无水乙醇的混合溶液作为抛光液进行抛光工艺处理；然后，采用草酸作为电解液，在40V的氧化电压下氧化12h，水洗，烘干；接着，在质量分数为6％的磷酸和1.8％铬酸的混合液中浸泡2h，水洗并烘干，然后进行二次氧化制备阳极氧化铝样品，如图1所示；在去掉氧化铝薄膜基底的铝片之后，将AAO薄片放入30℃条件下的5wt％磷酸溶液中通孔4min，水洗，烘干，得双通型AAO薄片，如图2所示；最终得到的双通型AAO薄片中周期性规整的孔结构直径为55nm，深度为50um。
(3)将步骤(2)制得的“双通型AAO薄片”整体完全浸泡在步骤(1)制备的“PDMS胶水溶液”中，然后将整体浸泡体系放置在真空干燥箱中保持20min；接着，将整体浸泡体系保存于0℃条件下的密闭容器中保持2h；这样进行的目的主要是完全排除双通型AAO薄片中周期性规整的孔结构中的气泡以便PDMS溶液完全饱满的填充到孔结构中；在整个浸泡过程中，双通型的AAO薄片内的孔结构是两端通畅，相比较只有一端通畅孔结构的AAO薄片而言，PDMS溶液更容易和完全地填充到孔结构中。
(4)将填充有PDMS胶水溶液的双通型AAO薄片从浸泡体系中取出，如图3所示，此时，双通型AAO薄片的孔结构和薄片两面都有PDMS胶水；接着，将双通型AAO薄片的一面上的PDMS胶水逐步刮去，而另外一面不用刮去PDMS胶水，仍然保持不变；紧接着，再将填充有PDMS胶水的双通型AAO薄片漂浮在44℃叔丁醇溶液中清洗90s，以重新产生一端通畅孔结构的AAO薄片；清洗时，将双通型AAO薄片中已经刮去PDMS胶水的一面朝下放置与叔丁醇接触进行漂浮清洗，另外一面不接触叔丁醇；清洗的目的主要是洗去AAO薄片孔结构中的部分PDMS溶液以便重新产生一端通畅的孔结构，为下一步进行聚合物图案化过程提供模板；选用的叔丁醇溶液可以很好的溶解PDMS胶水；
待清洗工作完成，取出一端通畅孔结构的AAO薄，如图4所示，将其水平放置在110℃热台并保持5min，从而快速去除残留的叔丁醇溶剂，此时已经制备了部分填充PDMS的一端通畅孔结构的AAO薄片；最后，将部分填充PDMS的一端通畅孔结构的AAO薄片迅速转移至70℃烘箱内，使PDMS胶水交联1h；至此，部分填充PDMS的一端通畅孔结构的AAO薄片已经转换成目标所需的“PDMS和AAO双层嵌入式模板”，如图5所示。
实施例2
本实施例的一种上述实施例1中PDMS和AAO双层嵌入式模板的应用，将所述PDMS和AAO双层嵌入式模板应用于聚合物薄膜图案化：
(1)采用旋涂(旋涂转速4000rpm)的方法制备厚度100nm的聚合物P3HT薄膜，将PDMS和AAO双层嵌入式模板孔结构畅通的一面与聚合物薄膜面对面放置，如图6所示；接着，在室温和70bar压力下保持600s，如图7所示；最后，释放压力，取出模板，聚合物纳米柱薄膜就成功实现，如图8所示。
(2)重复以上步骤，实现大面积成批量的聚合物P3HT纳米柱薄膜的制备。
实施例3
本实施例的一种PDMS和AAO双层嵌入式模板的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照PDMS胶水溶液的配方比例为5:1配置PDMS胶水溶液20mL，并在0℃条件下用搅拌器搅拌0.5h；然后，置于真空干燥箱中，在真空条件下保持1h以消除气泡；待气泡完全消除后，将其保存于0℃条件下的密闭容器中备用。
(2)采用二次阳极氧化法制备双通型阳极氧化铝薄片；以高纯铝片(纯度为99.999％，厚度为0.3mm)作为原始材料，在丙酮和无水乙醇溶液中分别超声10min洗涤，然后烘干；放置铝片到马弗炉中450℃条件下保持5h，然后自然冷却到室温；接着，将铝片浸泡到1mol/L氢氧化钠溶液中浸泡处理15min，用去离子水清洗并烘干；用体积比为4:1的高氯酸和无水乙醇的混合溶液作为抛光液进行抛光工艺处理；然后，采用草酸作为电解液，在60V的氧化电压下氧化6h，水洗，烘干；接着，在质量分数为6％的磷酸和1.8％铬酸的混合液中浸泡2h，水洗并烘干，然后进行二次氧化制备阳极氧化铝样品，如图1所示；在去掉氧化铝薄膜基底的铝片之后，将AAO薄片放入30℃条件下的5wt％磷酸溶液中通孔50min，水洗，烘干，得双通型AAO薄片，如图2所示；最终得到的双通型AAO薄片中周期性规整的孔结构直径为130nm，深度为50um。
(3)将步骤(2)制得的“双通型AAO薄片”整体完全浸泡在步骤(1)制备的“PDMS胶水溶液”中，然后将整体浸泡体系放置在真空干燥箱中保持20min；接着，将整体浸泡体系保存于0℃条件下的密闭容器中保持2h；这样进行的目的主要是完全排除双通型AAO薄片中周期性规整的孔结构中的气泡以便PDMS溶液完全饱满的填充到孔结构中；在整个浸泡过程中，双通型的AAO薄片内的孔结构是两端通畅，相比较只有一端通畅孔结构的AAO薄片而言，PDMS溶液更容易和完全地填充到孔结构中。
(4)将填充有PDMS胶水溶液的双通型AAO薄片从浸泡体系中取出，如图3所示，此时，双通型AAO薄片的孔结构和薄片两面都有PDMS胶水；接着，将双通型AAO薄片的一面上的PDMS胶水逐步刮去，而另外一面不用刮去PDMS胶水，仍然保持不变；紧接着，再将填充有PDMS胶水的双通型AAO薄片漂浮在44℃叔丁醇溶液中清洗80s，以重新产生一端通畅孔结构的AAO薄片；清洗时，将双通型AAO薄片中已经刮去PDMS胶水的一面朝下放置与叔丁醇接触进行漂浮清洗，另外一面不接触叔丁醇；清洗的目的主要是洗去AAO薄片孔结构中的部分PDMS溶液以便重新产生一端通畅的孔结构，为下一步进行聚合物图案化过程提供模板；选用的叔丁醇溶液可以很好的溶解PDMS胶水；
待清洗工作完成，取出一端通畅孔结构的AAO薄，如图4所示，将其水平放置在110℃热台并保持5min，从而快速去除残留的叔丁醇溶剂，此时已经制备了部分填充PDMS的一端通畅孔结构的AAO薄片；最后，将部分填充PDMS的一端通畅孔结构的AAO薄片迅速转移至70℃烘箱内，使PDMS胶水交联1h；至此，部分填充PDMS的一端通畅孔结构的AAO薄片已经转换成目标所需的“PDMS和AAO双层嵌入式模板”，如图5所示。
实施例4
本实施例的一种上述实施例3中PDMS和AAO双层嵌入式模板的应用，将所述PDMS和AAO双层嵌入式模板应用于聚合物薄膜图案化：
(1)采用旋涂的方法(旋涂转速1000rpm)制备厚度200nm的聚合物PEO薄膜，将PDMS和AAO双层嵌入式模板孔结构畅通的一面与聚合物薄膜面对面放置，如图6所示；接着，在60℃和50bar压力下保持300s，如图7所示；最后，释放压力，取出模板，聚合物PEO纳米柱薄膜就成功实现，如图8所示。
(2)重复以上步骤，实现大面积成批量的聚合物PEO纳米柱薄膜的制备。
实施例5
本实施例的一种PDMS和AAO双层嵌入式模板的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照PDMS胶水溶液的配方比例为5:1配置PDMS胶水溶液20mL，并在0℃条件下用搅拌器搅拌0.5h；然后，置于真空干燥箱中，在真空条件下保持1h以消除气泡；待气泡完全消除后，将其保存于0℃条件下的密闭容器中备用。
(2)采用二次阳极氧化法制备双通型阳极氧化铝薄片；以高纯铝片(纯度为99.999％，厚度为0.3mm)作为原始材料，在丙酮和无水乙醇溶液中分别超声10min洗涤，然后烘干；放置铝片到马弗炉中450℃条件下保持5h，然后自然冷却到室温；接着，将铝片浸泡到1mol/L氢氧化钠溶液中浸泡处理15min，用去离子水清洗并烘干；用体积比为4:1的高氯酸和无水乙醇的混合溶液作为抛光液进行抛光工艺处理；然后，采用硫酸作为电解液，在20V的氧化电压下氧化12h，水洗，烘干；接着，在质量分数为6％的磷酸和1.8％铬酸的混合液中浸泡2h，水洗并烘干，然后进行二次氧化制备阳极氧化铝样品，如图1所示；在去掉氧化铝薄膜基底的铝片之后，将AAO薄片放入30℃条件下的5wt％磷酸溶液中通孔15min，水洗，烘干，得双通型AAO薄片，如图2所示；最终得到的双通型AAO薄片中周期性规整的孔结构直径为45nm，深度为50um。
(3)将步骤(2)制得的“双通型AAO薄片”整体完全浸泡在步骤(1)制备的“PDMS胶水溶液”中，然后将整体浸泡体系放置在真空干燥箱中保持20min；接着，将整体浸泡体系保存于0℃条件下的密闭容器中保持2h；这样进行的目的主要是完全排除双通型AAO薄片中周期性规整的孔结构中的气泡以便PDMS溶液完全饱满的填充到孔结构中；在整个浸泡过程中，双通型的AAO薄片内的孔结构是两端通畅，相比较只有一端通畅孔结构的AAO薄片而言，PDMS溶液更容易和完全地填充到孔结构中。
(4)将填充有PDMS胶水溶液的双通型AAO薄片从浸泡体系中取出，如图3所示，此时，双通型AAO薄片的孔结构和薄片两面都有PDMS胶水；接着，将双通型AAO薄片的一面上的PDMS胶水逐步刮去，而另外一面不用刮去PDMS胶水，仍然保持不变；紧接着，再将填充有PDMS胶水的双通型AAO薄片漂浮在44℃叔丁醇溶液中清洗150s，以重新产生一端通畅孔结构的AAO薄片；清洗时，将双通型AAO薄片中已经刮去PDMS胶水的一面朝下放置与叔丁醇接触进行漂浮清洗，另外一面不接触叔丁醇；清洗的目的主要是洗去AAO薄片孔结构中的部分PDMS溶液以便重新产生一端通畅的孔结构，为下一步进行聚合物图案化过程提供模板；选用的叔丁醇溶液可以很好的溶解PDMS胶水；
待清洗工作完成，取出一端通畅孔结构的AAO薄，如图4所示，将其水平放置在110℃热台并保持5min，从而快速去除残留的叔丁醇溶剂，此时已经制备了部分填充PDMS的一端通畅孔结构的AAO薄片；最后，将部分填充PDMS的一端通畅孔结构的AAO薄片迅速转移至70℃烘箱内，使PDMS胶水交联1h；至此，部分填充PDMS的一端通畅孔结构的AAO薄片已经转换成目标所需的“PDMS和AAO双层嵌入式模板”，如图5所示。
实施例6
本实施例的一种上述实施例5中PDMS和AAO双层嵌入式模板的应用，将所述PDMS和AAO双层嵌入式模板应用于聚合物薄膜图案化：
(1)采用旋涂的方法(旋涂转速1000rpm)制备厚度100nm的聚合物P3HT薄膜，将PDMS和AAO双层嵌入式模板孔结构畅通的一面与聚合物薄膜面对面放置，如图6所示；接着，在150℃和60bar压力下保持600s，如图7所示；最后，释放压力，取出模板，聚合物纳米柱薄膜就成功实现，如图8所示。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于聚合物薄膜图案化的PDMS和AAO双层嵌入式模板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)配置PDMS胶水溶液，并在0℃条件下用搅拌器搅拌0.5h；然后，置于真空干燥箱中，在真空条件下保持1h以消除气泡；待气泡完全消除后，将其保存于0℃条件下的密闭容器中备用；
(2)采用二次阳极氧化法制备双通型阳极氧化铝薄片；以高纯铝片作为原始材料，在丙酮和无水乙醇溶液中分别超声10min洗涤，然后烘干；放置铝片到马弗炉中450℃条件下保持5h，然后自然冷却到室温；接着，将铝片浸泡到1mol/L氢氧化钠溶液中浸泡处理10～20min，用去离子水清洗并烘干；用体积比为4:1的高氯酸和无水乙醇的混合溶液作为抛光液进行抛光工艺处理；然后，采用草酸或者硫酸作为电解液，在20～60V的氧化电压下氧化6～12h，水洗，烘干；接着，在质量分数为6％的磷酸和1.8％铬酸的混合液中浸泡2h，水洗并烘干，然后进行二次氧化；在去掉氧化铝薄膜基底的铝片之后，将AAO薄片放入30℃条件下的5wt％磷酸溶液中通孔4～60min，水洗，烘干，得双通型AAO薄片；
(3)将步骤(2)制得的“双通型AAO薄片”整体完全浸泡在步骤(1)制备的“PDMS胶水溶液”中，然后将整体浸泡体系放置在真空干燥箱中保持20min；接着，将整体浸泡体系保存于0℃条件下的密闭容器中保持2h，来完全排除双通型AAO薄片中周期性规整的孔结构中的气泡，以便PDMS胶水溶液完全饱满的填充到孔结构中；
(4)将填充有PDMS胶水溶液的双通型AAO薄片从浸泡体系中取出，此时，双通型AAO薄片的孔结构和薄片两面都有PDMS胶水；接着，将双通型AAO薄片的一面上的PDMS胶水逐步刮去，而另外一面不用刮去PDMS胶水，仍然保持不变；紧接着，再将填充有PDMS胶水的双通型AAO薄片漂浮在44℃叔丁醇溶液中清洗50～150s，以重新产生一端通畅的孔结构；清洗时，将双通型AAO薄片中已经刮去PDMS胶水的一面朝下放置与叔丁醇接触进行漂浮清洗，另外一面不接触叔丁醇；待清洗工作完成，取出一端通畅孔结构的AAO薄片水平放置在110℃热台并保持5min，从而去除残留的叔丁醇溶剂，此时已经制备了部分填充PDMS的一端通畅孔结构的AAO薄片；最后，将部分填充PDMS的一端通畅孔结构的AAO薄片转移至70℃烘箱内，使PDMS胶水交联1h；至此，部分填充PDMS的一端通畅孔结构的AAO薄片已经转换成目标所需的“PDMS和AAO双层嵌入式模板”。
2.根据权利要求1所述的用于聚合物薄膜图案化的PDMS和AAO双层嵌入式模板的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，PDMS胶水溶液的配方比例为5:1。
3.根据权利要求1所述的用于聚合物薄膜图案化的PDMS和AAO双层嵌入式模板的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述高纯铝片的纯度为99.999％，厚度为0.3mm。
4.根据权利要求1所述的用于聚合物薄膜图案化的PDMS和AAO双层嵌入式模板的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，最终得到的双通型AAO薄片中周期性规整的孔结构直径为30～150nm，深度为50um。
5.根据权利要求1所述的用于聚合物薄膜图案化的PDMS和AAO双层嵌入式模板的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，在整个浸泡过程中，双通型的AAO薄片内的孔结构为两端通畅。
6.根据权利要求1所述的用于聚合物薄膜图案化的PDMS和AAO双层嵌入式模板的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，“将双通型AAO薄片中已经刮去PDMS胶水的一面朝下放置与叔丁醇接触进行漂浮清洗，另外一面不接触叔丁醇”的目的是洗去AAO薄片孔结构中的部分PDMS溶液，以重新产生一端通畅的孔结构，为下一步进行聚合物图案化过程提供模板。
7.一种如权利要求1～6任一所述的用于聚合物薄膜图案化的PDMS和AAO双层嵌入式模板的应用，其特征在于，将所述PDMS和AAO双层嵌入式模板应用于聚合物薄膜图案化。
8.根据权利要求7所述的用于聚合物薄膜图案化的PDMS和AAO双层嵌入式模板的应用，其特征在于，将所述PDMS和AAO双层嵌入式模板应用于聚合物薄膜图案化的具体方法为：根据聚合物的种类和性能，选用相应溶剂，并配置好聚合物溶液，接着采用旋涂的方法制备目标所需的聚合物薄膜；旋涂时，将PDMS和AAO双层嵌入式模板孔结构畅通的一面与聚合物薄膜面对面放置；接着，选择合适的图案化压力、温度和时间，采用平板压印的图案化方法；最后，取出双层嵌入式模板，完成聚合物薄膜的图案化制备。
9.根据权利要求8所述的用于聚合物薄膜图案化的PDMS和AAO双层嵌入式模板的应用，其特征在于，所述聚合物溶液的旋涂转速为800～6000rpm，所述合适的图案化压力、温度和时间分别为10～70bar，0～250℃，10～3600s；最终所得的聚合物薄膜厚度范围为20nm～2um。
CN202010531532.3A 2020-06-11 2020-06-11 一种用于聚合物薄膜图案化的pdms和aao双层嵌入式模板的制备方法与应用 Active CN111704799B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010531532.3A CN111704799B (zh) 2020-06-11 2020-06-11 一种用于聚合物薄膜图案化的pdms和aao双层嵌入式模板的制备方法与应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010531532.3A CN111704799B (zh) 2020-06-11 2020-06-11 一种用于聚合物薄膜图案化的pdms和aao双层嵌入式模板的制备方法与应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111704799A true CN111704799A (zh) 2020-09-25
CN111704799B CN111704799B (zh) 2022-04-12

Family

ID=72540039

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010531532.3A Active CN111704799B (zh) 2020-06-11 2020-06-11 一种用于聚合物薄膜图案化的pdms和aao双层嵌入式模板的制备方法与应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111704799B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101503175A (zh) * 2009-01-19 2009-08-12 浙江大学 一种聚二甲基硅氧烷表面纳米结构的制作方法
CN101962792A (zh) * 2009-07-24 2011-02-02 中国科学院金属研究所 一种制备孔径可控、通孔阳极氧化铝膜的方法
CN103360614A (zh) * 2013-06-27 2013-10-23 清华大学 一种长度可控的聚合物纳米柱阵列的制备方法
CN108981980A (zh) * 2018-05-03 2018-12-11 五邑大学 一种纳米级圆台微结构压力传感器及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101503175A (zh) * 2009-01-19 2009-08-12 浙江大学 一种聚二甲基硅氧烷表面纳米结构的制作方法
CN101962792A (zh) * 2009-07-24 2011-02-02 中国科学院金属研究所 一种制备孔径可控、通孔阳极氧化铝膜的方法
CN103360614A (zh) * 2013-06-27 2013-10-23 清华大学 一种长度可控的聚合物纳米柱阵列的制备方法
CN108981980A (zh) * 2018-05-03 2018-12-11 五邑大学 一种纳米级圆台微结构压力传感器及其制备方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ZHANHUA SONG，等: ""The fabrication and molecular alignment of poly(ethylene oxide) grating film based on hot embossing technology"", 《NEW J. CHEM》 *
唐一文，等: "《近代物理实验教程》", 31 July 2015, 华中师范大学出版社 *
梁营，等: ""多孔氧化铝表面方便制备纳米-微米ZnO薄膜材料"", 《化工新型材料》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN111704799B (zh) 2022-04-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Goh et al. Nanostructuring titania by embossing with polymer molds made from anodic alumina templates
Kustandi et al. Wafer-scale near-perfect ordered porous alumina on substrates by step and flash imprint lithography
Zhao et al. A facile approach to formation of through-hole porous anodic aluminum oxide film
JP5079452B2 (ja) 表面に凹凸パターンを有するガラス材の製造方法
TWI384636B (zh) 以液態或凝膠態前驅物形成圖案化金屬氧化物層或圖案化金屬層之製作方法
Yabu et al. Mesoscale pincushions, microrings, and microdots prepared by heating and peeling of self-organized honeycomb-patterned films deposited on a solid substrate
WO2007023960A1 (ja) 多孔性高分子膜およびその製造方法並びにその製造に用いるスタンパの製造方法
CN105926014A (zh) 基于纳米软压印的大面积高度有序多孔氧化膜的制备方法
CN101603177A (zh) 一种基于超亲-超疏水特性模板的表面图案化微加工方法
KR20150078976A (ko) 리소그래피와 양극산화법으로 제조한 초발수용 몰드와 이 몰드로 제조한 초발수 재료
Zhong et al. Highly ordered TiO 2 nano-pore arrays fabricated from a novel polymethylmethacrylate/polydimethylsiloxane soft template
EP3596544B1 (en) Nanoimprint lithography process and patterned substrate obtainable therefrom
JP2010091844A (ja) カーボンナノチューブ配向膜の作製法
CN111704799B (zh) 一种用于聚合物薄膜图案化的pdms和aao双层嵌入式模板的制备方法与应用
CN108265278A (zh) 一种规则排列多孔纳米结构薄膜的模版拓印方法
CN116497420A (zh) 一种基于微球阵列压印母版调控阳极氧化铝模板孔形貌的方法
Chu et al. Wetting in nanopores of cylindrical anodic aluminum oxide templates: Production of gradient polymer nanorod arrays on large-area curved surfaces
CN109487318B (zh) 一种在平头光纤端面大面积均匀制备金纳米盘阵列的方法
KR101549210B1 (ko) ＺｎＯ 템플릿을 이용한 ＴｉＯ2 어레이 형성 방법
CN113122800B (zh) 一种多孔磁性纳米机器人及其制备方法和应用
CN110965098B (zh) 一种多孔多级结构阳极氧化铝模板及其制备方法
CN111318180B (zh) 一种含有取向性碳纳米管的膜材料的制备方法
CN111806038B (zh) 基于大面积修复薄膜转移-加热治愈的微纳米褶皱祛除方法
CN111439746B (zh) 一种扭转角度可控的单层石墨烯折叠结构制备方法
CN1785683A (zh) 图案化二氧化钛微结构的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant