CN112247361A - 一种基于激光表面处理的选择性粘附转印方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于制造加工相关技术领域，其公开了一种基于激光表面处理的选择性粘附转印方法，所述方法包括以下步骤：(1)对供体基底上的被转印膜进行图案化激光切割，以将所述被转印膜物理分离成图案化的被转印单元及剩余部，同时采用激光对所述剩余部进行表面烧蚀，以使得所述被转印单元及所述剩余部的表面形成粘性差；(2)采用经粘性调整后的印章对所述被转印膜进行转印，使得所述被转印单元被选择性地粘附在所述印章表面，所述剩余部留在所述供体基底上；(3)采用所述印章在可溶性粘性基底上进行所述被转印单元的印刷，以使所述被转印单元自所述印章转移到所述可溶性粘性基底上。本发明高效简便，可实现大规模自动化操作。

Description

一种基于激光表面处理的选择性粘附转印方法
技术领域
本发明属于制造加工相关技术领域，更具体地，涉及一种基于激光表面处理的选择性粘附转印方法。
背景技术
转移打印是一套技术，用于将微型和纳米材料确定组装成空间组织的功能安排，并采用二维和三维布局。这些工艺不仅为科学研究的测试结构提供了多功能途径，而且为高性能、异构集成功能系统(包括柔性电子、三维和/或曲线光电子以及生物集成传感和治疗装置)提供了重要途径。
然而，现有的方法在供体基底上形成特定的微结构图案工艺过程复杂，且在转印过程中缺乏易控的选择性转印的机制。为此，有待进一步提出新型的选择性转印方法，高效简便的异质集成电子器件或者构件复杂功能的小尺度驱动系统。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于激光表面处理的选择性粘附转印方法，所述方法能够实现被转印单元的图案化切割以及选择性的表面粘性调整；同时，印章表面的粘性也可通过紫外激光调整至合适的范围。基于此，利用被转印膜表面的粘性梯度，可以实现任意图案的被转印单元的选择性的、并行的转印至受体基底，该方法极大地简化了被转印单元的前处理工序，同时高效、方便地实现了选择性转印，其转印过程可以实现并行地、自动化操作，具有稳定宽广的操作参数窗口，具有广阔的应用前景。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于激光表面处理的选择性粘附转印方法，所述方法包括以下步骤：
(1)对供体基底上的被转印膜进行图案化激光切割，以将所述被转印膜物理分离成图案化的被转印单元及剩余部，同时采用激光对所述剩余部进行表面烧蚀，以使得所述被转印单元及所述剩余部的表面形成粘性差；
(2)采用经粘性调整后的印章对所述被转印膜进行转印，使得所述被转印单元被选择性地粘附在所述印章表面，所述剩余部留在所述供体基底上；
(3)采用所述印章在可溶性粘性基底上进行所述被转印单元的印刷，以使所述被转印单元自所述印章转移到所述可溶性粘性基底上。
进一步地，采用的激光为紫外光束，激光切割时所采用激光的脉冲频率为80kHz，脉冲宽度为0.2us，工作电流为33.5A，激光扫描速度为150mm/s。
进一步地，表面烧蚀时所采用激光的脉冲频率为80kHz，脉冲宽度为0.1us，工作电流为33.5A，激光扫描速度为100mm/s～2200mm/s，扫描间距为0.04mm～0.16mm。
进一步地，所述被转印单元与所述供体基底表面界面之间的能量释放率小于所述印章与所述被转印单元之间的能量释放率；所述剩余部与所述供体基底之间的能量释放率大于所述剩余部与所述印章之间的能量释放率。
进一步地，所述被转印单元与所述可溶性粘性基底之间的能量释放率大于所述印章与所述被转印单元之间的能量释放率。
进一步地，所述印章为黏性半透明PDMS膜，其组分包括质量比为30:1的PDMS预聚物和PDMS固化剂，还包括质量分数为10％的纳米还原铁粉。
进一步地，采用紫外光束对所述印章、所述剩余部和所述被转印单元进行粘性调整进行粘性调整。
进一步地，对所述印章进行粘性调整所采用的紫外光束的激光参数与步骤(1)中进行表面烧蚀所采用的紫外光束的激光参数相同。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的基于激光表面处理的选择性粘附转印方法主要具有以下有益效果：
1.本发明转印过程的被转印单元的图案化可以和表面粘性的调整可以在激光加工中一步完成，极大地简化了被转印单元的图案化的复杂流程。
2.本发明借助激光选着性表面粘性改性和切割，可以实现任意形状的被转印单元的选择性转印，提供了宽广的选择性转印操作窗口。
3.本发明的选择性转印方法可以借助紫外激光打标机、工业机械臂和点胶设备等工业自动化设备实现靶向图案或单元的全自动、并行的、大规模的选择性转印及装配，极大的提高制造效率和通用性。
4.本发明工艺简单，易于实施，有利于推广应用。
附图说明
图1是本发明激光在供体基底上对被转印膜进行激光切割和表面粘性调控的示意图；
图2是本发明紫外激光对于印章和被转印膜表面处理的影响示意图；
图3是本发明激光对于印章表面粘性调控的示意图；
图4是本发明印章对被转印单元选择性转印的示意图；
图5是本发明印章在粘性供体受体上对被转印单元的打印示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：110-紫外激光器，111-紫外光束，120-被转印单元，130-剩余部，140-供体基底，150-印章，160-可溶性粘性基底。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
请参阅图1、图2、图3、图4及图5，本发明提供的基于激光表面处理的选择性粘度转印方法，所述方法主要包括以下步骤：
步骤一，对供体基底上设置的被转印膜进行图案化激光切割，以将所述被转印膜物理分离成图案化的被转印单元及剩余部，同时采用激光对所述剩余部进行表面烧蚀，以使得所述被转印单元及所述剩余部的表面形成粘性差。
具体地，使用较高能量参数的激光可使得被转印膜被物理烧蚀贯穿，从而形成物理分割，所使用的紫外激光器型号为HGL-LSU3/5EI，脉冲频率为80kHz，脉冲宽度为0.2us，工作电流为33.5A，激光扫描速度为150mm/s,其中根据膜的材料和厚度差异，脉冲宽度和激光扫描速度参数应进行相应的调整。
使用较低能量参数的激光可使得剩余部的表面形貌被烧蚀，改变其表面的形貌，增大其表面粗糙度，从而降低其表面粘性。其中，表面形貌、表面粗糙度和表面粘性直接取决于所采用的激光参数，剩余部被较低能量参数的激光烧蚀后获得低的表面粘性，从而在不会被粘性印章粘附，其中，采用的激光参数为脉冲频率为80kHz，脉冲宽度为0.1us，工作电流为33.5A，激光扫描速度100-2200mm/s，扫描间距为0.04-0.16mm。激光对于剩余部进行低能量的激光表面烧蚀处理，从而和未被处理的被转印单元的表面粘性形成较大的表面粘性梯度，且该表面粘性梯度是被转印单元选择性粘附的必要条件。
本实施方式中，提供供体基底140，所述供体基底140上粘附有被转印膜，采用紫外激光器110发出紫外光束111，采用所述紫外光束111对所述被转印膜进行切割，以将所述被转印膜物理分割成被转印单元120及剩余部130，所述被转印单元120与所述剩余部130能够形成互补图案并位于所述供体基底140上。
所述紫外光束111在所述供体基底140上对被转印膜进行图案化激光切割，将图案化的被转印单元120与剩余部130进行物理分割，同时利用低能激光表面烧蚀膜中所述剩余部130，以改变其表面的形貌，增大表面粗糙度，从而降低表面粘性，在被转印膜中图案化的被转印单元120和剩余部130的表面形成显著的粘性梯度。
步骤二，采用经粘性调整后的印章对所述被转印膜进行转印，使得所述被转印单元被选择性地粘附在所述印章表面，所述剩余部留在所述供体基底上。
具体地，采用低能激光对印章表面进行表面烧蚀，以调整印章表面粘性至合理范围，或者通过改变印章材料至合理的粘性范围(例如，通过掺杂粒子或者添加添加剂以改变其固化后的表面粘性)。接着，利用印章对被转印的膜进行转印，由于被转印膜的表面被激光处理的粘性梯度影响，被转印单元被选择性地粘附在印章表面，而剩余部留在供体基底上。其中，所述印章为黏性半透明PDMS膜，其成分包括质量比为30:1的PDMS预聚物和PDMS固化剂，同时，为了增加激光表面处理时对能量的吸收，还加入质量分数为10％的纳米还原铁粉进行一定程度的染色；被转印单元与供体基底表面界面之间的能量释放率小于所述印章和所述被转印单元之间的能量释放率，所述剩余部与供体基底表面之间的能量释放率大于所述剩余部和印章之间的能量释放率，如此使得转印过程中的图案化的被转印单元选择性地粘附至印章表面。
其中，所述的表面粘性可使用较低能量参数的激光通过调整激光扫描间距和激光扫描速度控制表面粘性区域占比面积，实现对印章和被转印的膜表面粘性的连续可控调控。
本实施方式中，采用紫外光束111对所述印章150的表面进行表面烧蚀，以调整所述印章150的表面粘性至合理的范围，或者通过改变所述印章150的材料至合理的粘性范围，在供体基底140上采用印章150对被转印膜进行转印，由于被转印膜的表面被激光处理的粘性梯度影响，被转印单元120被选择性地粘附至所述印章150的表面，而剩余部130留在供体基底140上，进而在可溶性粘性基底160上进行被转印单元120的印刷。
本实施方式中，所述供体基底140的表面粘性应该满足以下要求：满足所述被转印单元120与所述供体基底140表面界面之间的能量释放率小于所述印章150与所述被转印单元120的界面之间的能量释放率；所述剩余部130和所述供体基底140表面界面之间的能量释放率大于所述印章150与所述剩余部130之间的能量释放率；此外，涉及到的可溶性粘性基底160与所述被转印单元120之间的界面能量释放率大于所述印章150与所述被转印单元120之间的能量释放率。
其中，所述的表面粘性可使用较低能量参数的紫外光束111通过调整激光扫描间距和激光扫描速度控制表面粘性区域占比面积，实现对印章150和被转印单元120表面粘性的连续可控调控。
步骤三，采用所述印章在可溶性粘性基底上进行所述被转印单元的印刷，以使所述被转印单元自所述印章转移到所述可溶性基底上。
所述选择性粘性转印方法可以通过紫外激光打标机、工业机械臂和点胶设备实现靶向图案或单元的全自动、并行的、大规模的选择性转印及装配。
本领域的技术人员容易理解，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 (8)

1.一种基于激光表面处理的选择性粘附转印方法，其特征在于：
(1)对供体基底上的被转印膜进行图案化激光切割，以将所述被转印膜物理分离成图案化的被转印单元及剩余部，同时采用激光对所述剩余部进行表面烧蚀，以使得所述被转印单元及所述剩余部的表面形成粘性差；
(2)采用经粘性调整后的印章对所述被转印膜进行转印，使得所述被转印单元被选择性地粘附在所述印章表面，所述剩余部留在所述供体基底上；
(3)采用所述印章在可溶性粘性基底上进行所述被转印单元的印刷，以使所述被转印单元自所述印章转移到所述可溶性粘性基底上。
2.如权利要求1所述的基于激光表面处理的选择性粘附转印方法，其特征在于：采用的激光为紫外光束，激光切割时所采用激光的脉冲频率为80kHz，脉冲宽度为0.2us，工作电流为33.5A，激光扫描速度为150mm/s。
3.如权利要求1所述的基于激光表面处理的选择性粘附转印方法，其特征在于：表面烧蚀时所采用激光的脉冲频率为80kHz，脉冲宽度为0.1us，工作电流为33.5A，激光扫描速度为100mm/s～2200mm/s，扫描间距为0.04mm～0.16mm。
4.如权利要求1所述的基于激光表面处理的选择性粘附转印方法，其特征在于：所述被转印单元与所述供体基底表面界面之间的能量释放率小于所述印章与所述被转印单元之间的能量释放率；所述剩余部与所述供体基底之间的能量释放率大于所述剩余部与所述印章之间的能量释放率。
5.如权利要求4所述的基于激光表面处理的选择性粘附转印方法，其特征在于：所述被转印单元与所述可溶性粘性基底之间的能量释放率大于所述印章与所述被转印单元之间的能量释放率。
6.如权利要求1-4任一项所述的基于激光表面处理的选择性粘附转印方法，其特征在于：所述印章为黏性半透明PDMS膜，其组分包括质量比为30:1的PDMS预聚物和PDMS固化剂，还包括质量分数为10％的纳米还原铁粉。
7.如权利要求1-4任一项所述的基于激光表面处理的选择性粘附转印方法，其特征在于：采用紫外光束对所述印章、所述剩余部和所述被转印单元进行粘性调整。
8.如权利要求7所述的基于激光表面处理的选择性粘附转印方法，其特征在于：对所述印章进行粘性调整所采用的紫外光束的激光参数与步骤(1)中进行表面烧蚀所采用的紫外光束的激光参数相同。
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