CN112786820A - 一种利用仿生毛细管微流道进行液相加工的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种利用仿生毛细管微流道进行液相加工的方法，包括步骤：A1.制备其至少一面具有多个微流道的微流道模板；A2.制备基底；A3.把含有发光材料的分散液或溶液滴在所述基底上铺展；A4.把所述微流道模板具有微流道的一面压在所述基底上，从而使所述微流道与基底之间围成毛细管微腔；A5.静置以待溶剂挥发完全后把所述微流道模板与基底分开，得到具有发光材料微纳图案的基底；利用该方法易于大面积制备具有发光材料微纳图案的基底，且实施难度小，实施成本较低。
Description
技术领域
本发明涉及显示设备生产技术领域，特别涉及一种利用仿生毛细管微流道进行液相加工的方法。
背景技术
一些显示设备（如LED显示屏等）中具有会有发光层，发光层中一般是在基底上用发光材料（例如量子点、钙钛矿或有机发光分子材料等）制成微纳图案，这种显示技术，由于其优秀的光学特性，例具有如亮度高、响应快、电光转化率高以及光谱半峰宽窄等优点，因而受到了市场的欢迎，生产厂家的喜爱。在制作发光层时，一般可通过蒸镀法、光刻法、液相加工法等方法在基底上制备发光材料微纳图案，其中，蒸镀法、光刻法对不同发光材料的适用范围较小，而液相加工法的适用范围更大（其中尤其适合于量子点和高沸点有机分子），但是液相加工法面临着大规模加工困难、实施成本高、重复性差等缺点。
发明内容
为解决上述现有技术中的技术问题中的至少一项，本发明的目的在于提供一种利用仿生毛细管微流道进行液相加工的方法，易于大面积制备具有发光材料微纳图案的基底，且实施成本较低。
为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：
一种利用仿生毛细管微流道进行液相加工的方法，包括步骤：
A1.制备其至少一面具有多个微流道的微流道模板；
A2.制备基底；
A3. 把含有发光材料的分散液或溶液滴在所述基底上铺展；
A4. 把所述微流道模板具有微流道的一面压在所述基底上，从而使所述微流道与基底之间围成毛细管微腔；
A5. 静置以待溶剂挥发完全后把所述微流道模板与基底分开，得到具有发光材料微纳图案的基底。
所述的利用仿生毛细管微流道进行液相加工的方法中,所述微流道的至少一端延伸至微流道模板的边沿形成开放结构。
所述的利用仿生毛细管微流道进行液相加工的方法中,所述微流道的深度大于5μm且小于20μm、宽度大于2μm且小于10μm。
一些实施方式中,所述微流道为直流道，其长度大于5mm；所述微流道之间等间隔平行设置，且间隔大于10μm且小于或等于微流道宽度的5倍。
所述的利用仿生毛细管微流道进行液相加工的方法中,所述微流道模板由柔性材料制成。
一些实施方式中,所述柔性材料为PDMS。
所述的利用仿生毛细管微流道进行液相加工的方法中,步骤A1包括：
制备具有微柱结构的模板基片；
用所述模板基片作为复形模板进行复形得到具有微流道的微流道模板；所述微柱结构为与所述微流道相对应的凸纹。
所述的利用仿生毛细管微流道进行液相加工的方法中,步骤A2之后、步骤A3之前，还包括步骤：
对所述基底进行清洗处理和烘干处理。
进一步的,对所述基底进行清洗处理的步骤包括：分别在水、乙醇溶剂中用超声波清洗5min。
所述的利用仿生毛细管微流道进行液相加工的方法中,步骤A4中，用不大于20N·cm-2的压强压紧所述微流道模板。
有益效果：
本发明提供的一种利用仿生毛细管微流道进行液相加工方法，制备具有微流道的微流道模板，当微流道模板压合在基底上时，微流道与基底之间围成毛细管微腔，从而产生毛细管效应，自动把铺展在基底上的分散液或溶液吸入毛细管微腔中，待分散液或溶液的挥发完全后，得到具有发光材料微纳图案的基底；利用该方法易于大面积制备具有发光材料微纳图案的基底，且实施难度小，实施成本较低。
附图说明
图1为本发明提供的利用仿生毛细管微流道进行液相加工方法的流程图。
图2为一种模板基片的结构示意图。
图3为示例性的使用柔性材料进行复形的示意图。
图4为一种微流道模板坯件的结构示意图。
图5为一种微流道模板的结构示意图。
图6为实施例一中的微流道模板的局部放大图。
图7为实施例一得到具有发光材料微纳图案的基底的局部放大图。
图8为实施例一的实施过程的示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。
见图1，本发明提供的一种利用仿生毛细管微流道进行液相加工的方法，包括步骤：
A1.制备其至少一面具有多个微流道的微流道模板；
A2.制备基底；
A3. 把含有发光材料的分散液或溶液滴在基底上铺展；
A4. 把微流道模板具有微流道的一面压在基底上，从而使微流道与基底之间围成毛细管微腔；
A5. 静置以待溶剂挥发完全后把微流道模板与基底分开，得到具有发光材料微纳图案的基底。
该方法中，当微流道模板压合在基底上时，微流道与基底之间围成毛细管微腔，从而产生毛细管效应，自动把铺展在基底上的分散液或溶液吸入毛细管微腔中，待分散液或溶液的挥发完全后，得到具有发光材料微纳图案的基底；利用该方法易于大面积制备具有发光材料微纳图案的基底，且实施难度小，实施成本较低。
其中，步骤A3中的发光材料可以但不限于是量子点、钙钛矿、有机发光分子材料中的至少一种。
进一步的,微流道的至少一端延伸至微流道模板的边沿形成开放结构。从而当分散液或溶液被吸入毛细管微腔中的时候，毛细管微腔中的空气能够有效排出，避免毛细管微腔中的空气阻碍分散液或溶液的吸入。优选的，微流道的两端均延伸至微流道模板的边沿形成开放结构，更有利于空气充分排出。例如图5所示的微流道模板100，其一面设置有多个微流道1，且微流道1的两端延伸至该微流道模板100的边沿形成开放结构。
在一些优选实施方式中,微流道的深度大于5μm且小于20μm、宽度大于2μm且小于10μm。该尺寸的微流道对含有发光材料的分散液或溶液的吸附效果较佳，使最终对应同一微流道的微纳条纹连续而不中断的概率较高。
进一步的，在一些实施方式中，如图5所示，微流道1为直流道，其长度大于5mm（该长度可根据实际需要的制备面积设置）；其中微流道1之间等间隔平行设置，且间隔大于10μm且小于或等于微流道宽度的5倍，由于步骤A3中把含有发光材料的分散液或溶液滴在基底上铺展，基底上铺展的液体厚度是一定的，若微流道过于密集，则液体不足以够充分填充微流道，从而使最终得到的微纳图案的发光材料厚度不均匀甚至出现图纹断续的情况，若微流道过于稀疏，则无法满足性能要求且浪费含有发光材料的分散液或溶液；对于前述的深度和宽度，采用该间隔，可保证液体能够充分填充微流道，从而保证最终得到的微纳图案的发光材料厚度均匀，且能够满足性能要求并使分散液或溶液得到充分利用（有利于降低成本）。
在实际应用中，微流道不限于是直线，微流道的形状可根据实际需要设置，例如，为波纹曲线状。微流道之间也不限于时平行的，微流道之间也可以有交叉。
在一些优选实施方式中,微流道模板由柔性材料制成。即步骤A1中，利用柔性材料制备微流道模板。由于微流道模板具有柔性，当把微流道模板具有微流道的一面压在基底上时，微流道模板的表面和基底能够更紧密地贴合，从而使微流道与基底之间能够更加可靠地围成毛细管微腔，进而保证最终得到的微纳图案清晰准确。例如，在本实施例中，该柔性材料为PDMS（聚二甲基硅氧烷），采用PDMS材料易于重复利用，可进一步降低成本。实际上，柔性材料不限于是PDMS。
在一些实施方式中,步骤A1包括：
A101.制备具有微柱结构的模板基片；
A102.用模板基片作为复形模板进行复形得到具有微流道的微流道模板；微柱结构为与微流道相对应的凸纹。
例如图2为一种示例性的模板基片200，包括平直的基片2和凸出该基片2表面的微柱结构3，微柱结构3的形状与微流道相同（对于微流道为直流道的情况，该微柱结构3为相应的直微柱结构），且该微柱结构3的高度、宽度、间隔分别与微流道的深度、宽度、间隔相同。
其中，模板基片的材料可根据需要进选择，例如硅。可通过光刻方法制备该模板基片，但不限于此。
其中，微柱结构3的长度不小于微流道模板上的微流的长度。一般地，见图3、4，用模板基片作为复形模板进行复形会先得到微流道模板坯件300，在该微流道模板坯件300中，微流道1的端部均是封闭的，需要进行裁切使微流道1的端部形成开放结构，从而得到微流道模板100；例如图4中按照虚线的位置进行裁切，得到图5所示的微流道模板100。从而，步骤A102包括：
用模板基片作为复形模板进行复形制备具有微流道的微流道模板坯件；
对该微流道模板坯件进行裁切得到微流道模板。
采用该方法制备微流道模板，尤其适合于用PDMS制备微流道模板的情况，模板基片可重复用于制备多个微流道模板，更有利于降低成本，且当需要制备多个微流道模板时，更有利于提高效率。
实际上，并不限于使用该方法制备微流道模板，例如，可用光刻的方法直接在微流道模板上刻出微流道。
其中，步骤A2中，一般用具有光学平整度的材料制备基底，例如，单晶硅、普通玻璃、ITO玻璃、红宝石（氧化铝）、PI（聚酰亚胺）、PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）等，但不限于此，具体根据实际应用场景的需要进行选择。基底一般为片状，但不限于此，具体根据实际应用场景的需要设置。
在一些优选实施方式中,步骤A2之后、步骤A3之前，还包括步骤：
对基底进行清洗处理和烘干处理。
以保证基底表面光洁，避免有杂质掺杂在最终得到的微纳图案中，保证产品质量。
例如，在一些实施方式中,对基底进行清洗处理的步骤包括：分别在水、乙醇溶剂中用超声波清洗5min（先在水中清洗，再在乙醇溶剂中清洗），可充分去除各种杂质。但清洗处理的方式不限于此。
需要说明的是，步骤A2制备的基底，其尺寸一般要大于微流道模板的尺寸，以避免液体吸入微流道后从微流道的端部流出滴落。
进一步的,步骤A4中，一般需要对微流道模板施压，以便其紧贴基底，一般地，用不大于20N·cm-2的压强压紧微流道模板，不会由于压力过大而导致基底上的液体被大部分地挤出微流道模板以外而无法充分填充微流道，对于PDMS等柔性材料制成的微流道模板，也可保证不压坏微流道模板。
为了进一步保护微流道模板和基底不被压坏，在一些优选实施方式中，步骤A3之前还包括：把基底放置在下保护板上；
且步骤A4包括：
把微流道模板具有微流道的一面紧贴在基底上；
在微流道模板背向基底的一面放置上保护板；
对上保护板施加压力使微流道模板压紧基底。
其中，下保护板和上保护板为高硬度金属片（如钢、铝合金等）、玻璃片等硬度相对基底和微流道模板高的板材。可分散压力，使各处压强均匀，从而避免由于局部压强过大而压坏微流道模板和基底。
在一些优选实施方式中，步骤A5中，在恒温（温度优选为20℃-30℃，以保证PDMS最佳机械性能和材料溶剂的稳定挥发）、无风环境中进行静置（静置时间依照溶剂沸点而定，沸点低时间短，沸点高时间长，但最短不低于2h）。
由上可知，该利用仿生毛细管微流道进行液相加工方法，制备具有微流道的微流道模板，当微流道模板压合在基底上时，微流道与基底之间围成毛细管微腔，从而产生毛细管效应，自动把铺展在基底上的分散液或溶液吸入毛细管微腔中，待分散液或溶液的挥发完全后，得到具有发光材料微纳图案的基底；利用该方法易于大面积制备具有发光材料微纳图案的基底，且实施难度小，实施成本较低，且所需的设备简单便宜，重复性好。
以下通过具体实施例进行进一步说明。
实施例一
参考图8，本实施例的利用仿生毛细管微流道进行液相加工的方法包括步骤：
制备具有微柱结构的模板基片；
用模板基片作为复形模板进行复形得到具有微流道的微流道模板；
制备基底；
把含有发光材料的分散液或溶液滴在基底上铺展；
把微流道模板具有微流道的一面压在基底上，从而使微流道与基底之间围成毛细管微腔；
静置以待溶剂挥发完全后把微流道模板与基底分开，得到具有发光材料微纳图案的基底。
在本实施例中，用光刻方法和硅制备具有微柱结构的模板基片，其中，微柱结构为直微柱，其尺寸为：长度10mm、高度10μm、宽度4μm、间隔20μm；使用该模板基片作为复形模板进行复形得到具有微流道的微流道模板，且微流道的两端均为开放结构（如图6所示，图中深色部分为微流道），该微流道模板的材料为PDMS。
使用单晶硅片制备基底，将单晶硅片剪裁为合适大小，并在分别在水、乙醇溶剂中用超声波清洗5min（先在水中清洗，再在乙醇溶剂中清洗），用无尘布擦净并烘干。
发光材料为绿色荧光量子点，将含有该绿色荧光量子点的分散液滴在基底上铺展，然后把微流道模板具有微流道的一面压在基底上；其中，用玻璃片作为下保护板和上保护板，基底放置于下保护板上，上保护板放置在微流道模板上，对上保护板施力压紧微流道模板。
在恒温、无风环境中静置以待溶剂挥发完全后把微流道模板与基底分开，得到具有发光材料微纳图案的基底，如图7所示，图中深色的线条为微纳图案，可见，其中出现中断情况的线条较少，发光材料分布均匀。
综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，其方案与本发明实质上相同。
Claims (10)
1.一种利用仿生毛细管微流道进行液相加工的方法，其特征在于，包括步骤：
A1.制备其至少一面具有多个微流道的微流道模板；
A2.制备基底；
A3. 把含有发光材料的分散液或溶液滴在所述基底上铺展；
A4. 把所述微流道模板具有微流道的一面压在所述基底上，从而使所述微流道与基底之间围成毛细管微腔；
A5. 静置以待溶剂挥发完全后把所述微流道模板与基底分开，得到具有发光材料微纳图案的基底。
2.根据权利要求1所述的利用仿生毛细管微流道进行液相加工的方法，其特征在于,所述微流道的至少一端延伸至微流道模板的边沿形成开放结构。
3.根据权利要求1所述的利用仿生毛细管微流道进行液相加工的方法，其特征在于,所述微流道的深度大于5μm且小于20μm、宽度大于2μm且小于10μm。
4.根据权利要求3所述的利用仿生毛细管微流道进行液相加工的方法，其特征在于,所述微流道为直流道，其长度大于5mm；所述微流道之间等间隔平行设置，且间隔大于10μm且小于或等于微流道宽度的5倍。
5.根据权利要求1所述的利用仿生毛细管微流道进行液相加工的方法，其特征在于,所述微流道模板由柔性材料制成。
6.根据权利要求5所述的利用仿生毛细管微流道进行液相加工的方法，其特征在于,所述柔性材料为PDMS。
7.根据权利要求1所述的利用仿生毛细管微流道进行液相加工的方法，其特征在于,步骤A1包括：
制备具有微柱结构的模板基片；
用所述模板基片作为复形模板进行复形得到具有微流道的微流道模板；所述微柱结构为与所述微流道相对应的凸纹。
8.根据权利要求1所述的利用仿生毛细管微流道进行液相加工的方法，其特征在于,步骤A2之后、步骤A3之前，还包括步骤：
对所述基底进行清洗处理和烘干处理。
9.根据权利要求7所述的利用仿生毛细管微流道进行液相加工的方法，其特征在于,对所述基底进行清洗处理的步骤包括：分别在水、乙醇溶剂中用超声波清洗5min。
10.根据权利要求1所述的利用仿生毛细管微流道进行液相加工的方法，其特征在于,步骤A4中，用不大于20N·cm-2的压强压紧所述微流道模板。
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| CN109085716A (zh) * | 2018-09-21 | 2018-12-25 | 福州大学 | 一种基于微流控和量子点技术的彩色滤光膜制备方法 |
| CN111952463A (zh) * | 2020-08-26 | 2020-11-17 | 合肥工业大学 | 一种大面积钙钛矿纳米线阵列的制备方法 |
-
2021
- 2021-01-11 CN CN202110030832.8A patent/CN112786820A/zh active Pending
Patent Citations (4)
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