CN117484934A - 微球模板及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微球模板及其制备方法和应用，包括：将微球加入可固化的胶类液体内，搅拌均匀，得到微球悬浊液；将微球悬浊液涂布在基材上；对基材上的微球悬浊液进行固化形成凝固层；去除凝固层上表面的微球或胶体，得到具有微球凹陷面或微球凸起面的微球模板，所制备的微球模板可作为纳米压印模板进行重复使用。本发明提供的微球模板及其制备方法和应用，提高了微球模板的制备效率，降低了微球模板的制备难度，使得微球模板可大面积制备、重复使用，适用于批量生产。
Description
技术领域
本发明涉及模板制备方法，特别是关于一种微球模板及其制备方法和应用。
背景技术
微球模板具有微球表面结构，微球表面结构是指固体表面形成了微球凸起面或微球凹陷面，微球表面结构具有特殊的光学、生物和物理特性，并广泛应用于众多领域。
常规的微米级和纳米级的微球模板的制备方法，需要通过复杂的光刻工艺，制备过程中需要用到掩模板、电子束光刻、激光直写等昂贵设备，并且制备时间长，生产质量不稳定，因此导致目前微球模板的生产效率较低，且成本较高。
目前制备微球模板主要采用单层自组装技术工艺，该工艺受到各种限制，比如：基材与单分子层的结合能力差、单分子层的排布不均匀、模板无法重复利用等。上述限制因素导致目前微球模板的生产工艺复杂、生产效率低，且微球模板内的微球分布不均匀，微球模板无法大面积制备也无法重复利用。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微球模板及其制备方法和应用，提高了微球模板的制备效率，降低了微球模板的制备难度。
为实现上述目的，本发明提供了一种微球模板制备方法，包括以下步骤：
S1、将微球加入可固化的胶类液体内，搅拌均匀，得到微球悬浊液；
S2、将微球悬浊液涂布在基材上；
S3、对基材上的微球悬浊液进行固化形成凝固层；以及
S4、去除凝固层上表面的微球或胶体，得到具有微球凹陷面或微球凸起面的微球模板。
在一个或多个实施方式中，微球为聚合物或无机物。
在一个或多个实施方式中，微球包括聚苯乙烯微球和二氧化硅微球。
在一个或多个实施方式中，胶类液体包括聚二甲基硅氧烷和光刻胶。
在一个或多个实施方式中，步骤S2包括：采用旋涂或喷涂的工艺将所述微球悬浊液均匀涂布在基材上。
在一个或多个实施方式中，基材包括玻璃片、硅片和PET薄膜。
在一个或多个实施方式中，步骤S3包括：采用热固化或光固化的方法，对基材上的微球悬浊液进行固化，使得微球悬浊液凝固后形成凝固层。
在一个或多个实施方式中，步骤S4包括：去除凝固层上表面的胶体，保留上表面的微球，使得凝固层的上表面形成微球凸起面，得到表面具有微球凸起面的微球模板。
在一个或多个实施方式中，步骤S4包括：去除所述凝固层上表面的微球，保留上表面凝固的胶体，使得凝固层的上表面形成微球凹陷面，得到表面具有所述微球凹陷面的微球模板。
本发明还提出一种微球模板，包括本发明微球模板制备方法所制得的微球模板。
本发明还提出一种微球模板在纳米压印中的应用，将具有微球凸起面的微球模板压印至基底的表面，使得基底的表面形成功能凹陷面。
与现有技术相比，如本发明一实施方式的微球模板及其制备方法，在制备微球模板时，采用微球和可固化的胶类液体制备微球悬浊液，将微球悬浊液涂布在基材上并固化形成凝固层，再去除凝固层上表面的胶体或微球后，最终可得到表面具有微球凸起面或微球凹陷面的微球模板。该微球模板制备方法操作简单，成本低廉，耗费时间少，所制备的微球模板密度可控、可大面积制备、可重复使用，大大提高了微球模板的制备效率，降低了微球模板的制备难度。
附图说明
图1为本发明一实施方式的微球模板制备方法的流程图；
图2为本发明一实施方式的微球悬浊液的制备过程图；
图3为本发明一实施方式的凝固层的结构示意图；
图4为本发明实施例1的微球模板的结构示意图；
图5为本发明实施例2的微球模板的结构示意图；
图6为本发明实施例3的微球模板的压印过程示意图；
图7为本发明实施例3的基底和功能凹陷面的结构示意图。
其中，1、微球悬浊液，2、凝固层，3、基材，4、微球模板，5、微球凹陷面，6、微球凸起面，7、基底，8、功能凹陷面。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
如图1-图5所示，如本发明一实施方式的微球模板及其制备方法，该微球模板的制备方法包括步骤S1至步骤S4：
在步骤S1中，将微球加入可固化的胶类液体内，搅拌均匀，得到微球悬浊液1。
具体而言，可以称取一定量的微球和胶类液体，放入烧杯中进行搅拌，使得微球分散在胶类液体内，形成微球悬浊液1。
在一实施方式中，步骤S1中的微球可以为聚合物或无机物，具体地，微球可选用聚苯乙烯微球或二氧化硅微球，而步骤S1中的胶类液体可选用聚二甲基硅氧烷和光刻胶。具体而言，选择微球和胶类液体时，只需要微球和胶类液体混合后，微球与胶类液体不发生化学反应且微球不溶或微溶于胶类液体即可，因此微球和胶类液体的材料并不局限于上述所列举的材料。
在一实施方式中，微球的颗粒尺寸为1μm-106μm。具体的，按照尺寸微球可以分为微米级和纳米级，微米级的微球常见粒径尺寸为1μm、5μm、10μm、50μm和100μm，纳米级的微球常见尺寸为20nm、100nm、300nm、700nm和900nm。选择微球的粒径尺寸时，具体可以根据制备的微球模板4的应用场景确定。
在步骤S2中，将微球悬浊液1涂布在基材3上。
具体而言，可以采用旋涂或喷涂的工艺将微球悬浊液1均匀涂布在基材3上，并使微球悬浊液1具有一定的厚度。
上述步骤中，基材3由固体材料制成，具体可选用玻璃片、硅片和PET薄膜等，选择基材3时需确保基材3不能与微球悬浊液1中的微球与胶类液体发生反应。
在步骤S3中，对基材3上的微球悬浊液1进行固化形成凝固层2。
具体而言，可以采用热固化或光固化的方法，对基材3上的微球悬浊液1进行固化，使得微球悬浊液1凝固后形成凝固层2。
在步骤S4中，去除凝固层2上表面的胶体或微球，得到微球模板4。
具体而言，当需要得到具有微球凸起面6的微球模板4时，采用胶体去除工艺，去除凝固层2上表面的胶体，保留上表面的微球，即可得到具有微球凸起面6的微球模板4。
当需要得到具有微球凹陷面5的微球模板4时，采用微球去除工艺，去除凝固层2上表面的微球，保留上表面的胶体，即可得到具有微球凹陷面5的微球模板4。
如图2-图7所示，本发明一实施方式还提供了微球模板在纳米压印中的应用，具体可以按照S1-S4的步骤制备得到表面具有微球凸起的微球模板4，将表面具有微球凸起的微球模板4压印至基底7的表面，使得基底7的表面形成功能凹陷面8。
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
本实施例中采用二氧化硅微球和光刻胶配置微球悬浊液1，制备表面具有微球凹陷面5的微球模板4，具体步骤如下：
1、配置微球悬浊液
称取1g粒径为400nm的二氧化硅微球，量取10mL的光刻胶，将两者放入烧杯中进行搅拌，使得二氧化硅微球充分的分散在光刻胶内，得到微球悬浊液1。
2、涂布微球悬浊液
采用旋涂工艺将微球悬浊液1均匀涂布在硅片上，使硅片表面的微球悬浊液1的厚度达到1.5μm。
3、固化微球悬浊液
采用光固化成型技术，利用紫外线对硅片表面的微球悬浊液1进行曝光固化形成凝固层2。
4、去除表面微球
采用反应离子刻蚀工艺，将凝固层2上表面的二氧化硅微球刻蚀掉，使凝固层2上表面形成多个不规则凹槽球面结构，得到具有微球凹陷面5的微球模板4。
实施例2：
本实施例中采用二氧化硅微球和光刻胶配置微球悬浊液1，制备表面具有微球凸起面6的微球模板4，具体步骤如下：
1、配置微球悬浊液
称取1g粒径为400nm的二氧化硅微球，量取10mL的光刻胶，将两者放入烧杯中进行搅拌，使得二氧化硅微球充分的分散在光刻胶内，得到微球悬浊液1。
2、涂布微球悬浊液
采用旋涂工艺将微球悬浊液1均匀涂布在硅片上，使硅片表面的微球悬浊液1的厚度达到1.5μm。
3、固化微球悬浊液
采用光固化成型技术，利用紫外线对硅片表面的微球悬浊液1进行曝光固化形成凝固层2。
4、去除表面胶体
采用湿法刻蚀工艺，将凝固层2上表面的胶体刻蚀掉，使凝固层2上表面形成多个不规则凸起球面结构，得到具有微球凸起面6的微球模板4。
实施例3：
如图2-图7所示，本实施例为微球模板4在纳米压印领域的具体应用，本实施例采用二氧化硅微球和光刻胶配置微球悬浊液1，制备表面具有微球凸起面6的微球模板4，并将该微球模板4压印至基底7，使得基底7的表面形成功能凹陷面8，具体步骤如下：
1、配置微球悬浊液
称取1g粒径为400nm的二氧化硅微球，量取10mL的光刻胶，将两者放入烧杯中进行搅拌，使得二氧化硅微球充分的分散在光刻胶内，得到微球悬浊液1。
2、涂布微球悬浊液
采用旋涂工艺将微球悬浊液1均匀涂布在硅片上，使硅片表面的微球悬浊液1的厚度达到1.5μm。
3、固化微球悬浊液
采用光固化成型技术，利用紫外线对硅片表面的微球悬浊液1进行曝光固化形成凝固层2。
4、去除表面胶体
采用湿法刻蚀工艺，将凝固层2上表面的胶体刻蚀掉，使凝固层2上表面形成多个不规则凸起球面结构，得到具有微球凸起面6的微球模板4。
5、压印薄膜
选用柔性PET薄膜作为基底7，采用纳米压印工艺将具有微球凸起面6的微球模板4压印至柔性PET薄膜，使柔性PET薄膜的表面形成功能凹陷面8，柔性PET薄膜的功能凹陷面8可以直接或者经过表面修饰处理后作为功能性产品使用。
综上所述，根据本发明的实施方式，在制备微球模板时，采用微球和可固化的胶类液体制备微球悬浊液，将微球悬浊液涂布在基材上并固化形成凝固层，再去除凝固层上表面的胶体或微球后，最终可得到表面具有微球凸起面或微球凹陷面的微球模板。该微球模板制备方法操作简单，成本低廉，耗费时间少，所制备的微球模板密度可控、可大面积制备、可重复使用，大大提高了微球模板的制备效率，降低了微球模板的制备难度。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，如上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
Claims (10)
1.一种微球模板制备方法，其特征在于，包括：
S1、将微球加入可固化的胶类液体内，搅拌均匀，得到微球悬浊液(1)；
S2、将所述微球悬浊液(1)涂布在基材(3)上；
S3、对所述基材(3)上的微球悬浊液(1)进行固化形成凝固层(2)；以及
S4、去除所述凝固层(2)上表面的微球或胶体，得到具有微球凹陷面(5)或微球凸起面(6)的微球模板(4)。
2.如权利要求1所述的微球模板制备方法，其特征在于，所述微球为聚合物或无机物；和，所述微球包括聚苯乙烯微球和二氧化硅微球。
3.如权利要求1所述的微球模板制备方法，其特征在于，所述胶类液体包括聚二甲基硅氧烷和光刻胶。
4.如权利要求1所述的微球模板制备方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
采用旋涂或喷涂的工艺将所述微球悬浊液(1)均匀涂布在基材(3)上。
5.如权利要求4所述的微球模板制备方法，其特征在于，所述基材(3)包括玻璃片、硅片和PET薄膜。
6.如权利要求1所述的微球模板制备方法，其特征在于，所述步骤S3包括：
采用热固化或光固化的方法，对所述基材(3)上的微球悬浊液(1)进行固化，使得微球悬浊液(1)凝固后形成凝固层(2)。
7.如权利要求1所述的微球模板制备方法，其特征在于，所述步骤S4包括：
去除所述凝固层(2)上表面的胶体，保留上表面的微球，使得所述凝固层(2)的上表面形成微球凸起面(6)，得到表面具有所述微球凸起面(6)的微球模板(4)。
8.如权利要求1所述的微球模板制备方法，其特征在于，所述步骤S4包括：
去除所述凝固层(2)上表面的微球，保留上表面凝固的胶体，使得所述凝固层(2)的上表面形成微球凹陷面(5)，得到表面具有所述微球凹陷面(5)的微球模板(4)。
9.一种微球模板，其采用如权利要求1-7任一项所述的微球模板制备方法所制得。
10.如权利要求9所述的微球模板在纳米压印中的应用，其特征在于，将具有所述微球凸起面(6)的微球模板(4)压印至基底(7)的表面，使得所述基底(7)的表面形成功能凹陷面(8)。
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