CN118289703A - 一种在弹性体3d曲面表面制备微纳米结构的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在弹性体3D曲面表面制备微纳米结构的方法，包括以下步骤：S1、制备具有平面表面微纳米结构的硬模具；S2、制备具有平面表面微纳米结构的PDMS软模具；S3、制备具有曲面表面微纳米结构的光固化树脂模具；S4、制备具有曲面表面微纳米结构的弹性体。本发明的制备微纳米结构的方法可方便、快速的在弹性体的3D曲面表面大规模的制备高精度、均匀的微纳米结构，特别适用于硬薄膜‑软基底的结构，操作简单、成本低。

Description

一种在弹性体3D曲面表面制备微纳米结构的方法

技术领域

本发明涉及微纳米结构加工领域，尤其涉及一种在弹性体3D曲面表面制备微纳米结构的方法。

背景技术

表面微纳米结构具有广泛的用途，例如可调控材料表面的疏水性、粘附以及光波衍射行为，在超疏水材料、强粘合剂和光学元件等方面得到了重要的应用。

目前，弹性体表面的规则微纳米结构通常是通过铸模法制备，即将弹性体液体浇铸到硅、石英、树脂等硬模具上并进行固化。通常，硅、石英等表面高精度的规则微纳米结构通过光刻、刻蚀工艺制备，受限于当前的加工能力，所获得的微纳米结构通常为平面结构。因此，通过铸模法得到的弹性体表面微结构也通常是平面结构。3D打印技术有望在曲面结构上制备较高精度的微结构，但是通常无法实现几个微米、纳米级别的微结构制备。

发明内容

为了解决铸模法得到的弹性体表面微结构是平面结构的问题，本发明提出一种在弹性体3D曲面表面制备微纳米结构的方法，解决上述问题。

本发明公开了一种在弹性体3D曲面表面制备微纳米结构的方法，包括以下步骤：

S1、制备具有平面表面微纳米结构的硬模具；

S2、通过硬模具制备具有平面表面微纳米结构的PDMS软模具；

S3、将PDMS软模具安装在光固化树脂模具制造装置上，制备具有曲面表面微纳米结构的光固化树脂模具；

S4、通过光固化树脂模具制备具有曲面表面微纳米结构的弹性体。

优选的，所述S1中的硬模具材料为物理化学性能稳定且易刻蚀的材料。

优选的，所述制备具有平面表面微纳米结构的硬模具包括控制微纳米结构的面内尺寸以及控制微纳米结构的深度。

优选的，所述S2的方法为：

对清洗后的硬模具进行硅烷化处理，将混合、消泡后的PDMS液倒入到硅烷化后的硬模具上，再次消泡，进行固化，从一侧将PDMS软模具揭开，完成PDMS软模具的制备。

优选的，所述S3的方法为：

将PDMS软模具安装在光固化树脂模具制造装置上，再将光固化树脂液体倒入制备光固化树脂模具制造装置，置于紫外光下进行固化，完成光固化树脂模具的制备。

优选的，所述S4的方法为：

将混合、消泡后的弹性体前驱体倒入到光固化树脂模具中，再次消泡，进行固化，将固化后的弹性体取出，完成弹性体3D曲面表面的微纳米结构的制备。

本发明的有益效果：

(1)本发明的制备微纳米结构的方法基于传统的半导体光刻、刻蚀工艺，可方便、快速的在弹性体的3D曲面表面大规模的制备高精度、均匀的微纳米结构。

(2)本发明的制备微纳米结构的方法特别适用于硬薄膜-软基底的结构，操作简单、成本低。

附图说明

图1为本发明实施例的在弹性体3D曲面表面制备微纳米结构的方法操作示意图；

图2为本发明实施例的光固化树脂模具制造装置的结构示意图。

附图标记如下：

1-硬模具、2-PDMS软模具、3-光固化树脂模具、4-具有曲面表面微纳米结构的弹性体、301-下夹持块1、302-上夹持块、303-螺钉、304-曲面推块。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开了一种在弹性体3D曲面表面制备微纳米结构的方法，如图1所示，包括以下步骤：

S1、制备具有平面表面微纳米结构的硬模具1；

硬模具1是在弹性体3D曲面表面制备微纳米结构的初始模具，选用物理化学性能稳定且易刻蚀材料，例如石英、硅材料等；选用光刻、电子束曝光等控制微纳米结构的面内尺寸；选用RIE、湿法刻蚀控制微纳米结构的深度，获得的微纳米结构可为凸起的或凹陷的，其形状可为柱状、四棱锥状、球状。

S2、通过硬模具1制备具有平面表面微纳米结构的PDMS软模具2；

对清洗后的硬模具1进行硅烷化处理，将混合、消泡后的PDMS液倒入到硅烷化后的硬模具1上，再次消泡，进行固化，从一侧将PDMS软模具2揭开，完成PDMS软模具2的制备。

S3、将PDMS软模具2安装在光固化树脂模具制造装置上制备具有曲面表面微纳米结构的光固化树脂模具3；

将PDMS软模具2安装在光固化树脂模具制造装置上，再将光固化树脂液体倒入制备光固化树脂模具制造装置，置于紫外光下进行固化。

在一个实施例中，光固化树脂模具制造装置如图2所示，该装置包括下夹持块301、上夹持块302、螺钉303和曲面推块304，其中下夹持块301是中心有圆柱形孔的方形块体，上夹持块302是中心有圆柱形孔的方形块体和圆柱组成。螺钉303固定下夹持块301、上夹持块302和曲面推块304。操作时，如图2(a)所示，将变形前的PDMS软模具2放置在下夹持块301和上夹持块302中，用螺钉303固定，如图2(b)所示，将曲面推块304置于下夹持块302下方，向上推动PDMS软模具2直至与下夹持块301贴合，用螺钉303进行固定。

S4、通过光固化树脂模具3制备具有曲面表面微纳米结构的弹性体4。

弹性体采用PDMS、Ecoflex或者水凝胶。将混合、消泡后的弹性体前驱体倒入到光固化树脂模具3中，再次消泡，进行固化，将固化后的弹性体取出，完成弹性体3D曲面表面的微纳米结构的制备。

以上显示并描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种在弹性体3D曲面表面制备微纳米结构的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、制备具有平面表面微纳米结构的硬模具；

S2、通过硬模具制备具有平面表面微纳米结构的PDMS软模具；

S3、将PDMS软模具安装在光固化树脂模具制造装置上，制备具有曲面表面微纳米结构的光固化树脂模具；

S4、通过光固化树脂模具制备具有曲面表面微纳米结构的弹性体。

2.根据权利要求1所述的一种在弹性体3D曲面表面制备微纳米结构的方法，其特征在于，所述S1中的硬模具材料为物理化学性能稳定且易刻蚀的材料。

3.根据权利要求2所述的一种在弹性体3D曲面表面制备微纳米结构的方法，其特征在于，所述S1制备具有平面表面微纳米结构的硬模具包括控制微纳米结构的面内尺寸以及控制微纳米结构的深度。

4.根据权利要求3所述的一种在弹性体3D曲面表面制备微纳米结构的方法，其特征在于，所述S2包括以下步骤：

对清洗后的硬模具进行硅烷化处理，将混合、消泡后的PDMS液倒入到硅烷化后的硬模具上，再次消泡，进行固化，从一侧将PDMS软模具揭开，完成PDMS软模具的制备。

5.根据权利要求4所述的一种在弹性体3D曲面表面制备微纳米结构的方法，其特征在于，所述S3包括以下步骤：

将PDMS软模具安装在光固化树脂模具制造装置上，再将光固化树脂液体倒入制备光固化树脂模具制造装置，置于紫外光下进行固化，完成光固化树脂模具的制备。

6.根据权利要求5所述的一种在弹性体3D曲面表面制备微纳米结构的方法，其特征在于，所述S4包括以下步骤：

将混合、消泡后的弹性体前驱体倒入到光固化树脂模具中，再次消泡，进行固化，将固化后的弹性体取出，完成弹性体3D曲面表面的微纳米结构的制备。