TWI317346B - Method for making nano-scaled mould having micro-holes - Google Patents

Description

1317346 b ‘ 九、發明說明： .【發明所屬之技術領域】 • . 本發明涉及一種微孔模具的製造方法，尤其涉及一種 ' 奈米級微孔模具的製造方法。 【先前技術】 隨著量子物理與量子化學的完善以及世界奈米技術的 研九與進步，構造物質的基本模組可達到單個原子的水 • 平，原子可以按照一定的路徑組裝成奈米級的材料，這種 類型的製造稱爲奈米製造。目前模具製造向大型與超精微 加工兩方面發展：在大型加工方面，例如製造汽車、飛機 用大型整體壁板的扁播愿模具，已經形成比較成熟的製造 工藝，而在超精微加工方面，奈米產品需求成幾何級上升， 如何應用先進的奈米製造技術於模具製造，使得超精微加 工形成産業化並與全球模具先進技術同步係模具行業的發 展趨勢。 理論上’奈米技術可廣泛應用於加工方面。目前已經 提出基於奈米組裝的奈米加工方式’以實現奈米產品自動 化、産業化。這種加工方式設想按照產品的形狀進行分子 ^ 排列，從而實現無模生産方式。然而，該方法實際上並不 可行，因爲目前對分子的排列採用的主要係掃描隧道顯微 鏡(Scanning Tunnelling Microscopy, STM)或原子力顯微 鏡(Atomic Force Microscopy, AFM)，其操作精細，成本 太高，難以實現大規模製造奈米產品。 有鑒於此’提供一種適用於大規模製造奈米産品的奈 6 1317346

Vi».·· f | | ,. i , Η — 一 _,_ f - 米級微孔模具的製造方法實為必要。 _ 【發明内容】 以下，將以若干實施例說明一種適用於大規模製 造奈米産品的奈米級微孔模具的製造方法。 一種奈米級微孔模具的製造方法，其包括以下步 驟：提供複數奈米碳管；在所述複數奈米碳管至少一 末端形成一保護層；向所述形成有保護層的奈米碳管 中注入基體溶液或熔融液，並使其固化；除去保護 ^ 層，形成奈米碳管與基體的複合結構；以及去除奈米 碳管，形成奈米級微孔模具。 該複數奈米碳管爲採用化學氣相沈積法、電漿輔 助化學氣相沈積法或電漿輔助熱絲化學氣相沈積法 製得的奈米碳管陣列。 該奈米碳管陣列形成於一襯底上。 該保護層的形成進一步包括以下步驟：提供一形 ^ 成有壓敏膠層的承載基底；將形成有壓敏膠層的一面 壓在奈米碳管陣列遠離襯底的末端形成一保護層，而 奈米碳管陣列的襯底本身作爲另一保護層。 該保護層的形成進一步包括以下步驟：提供一形 - 成有壓敏膠層的承載基底；將形成有壓敏膠層的一面 . 壓在奈米碳管陣列遠離襯底的末端形成一保護層；將 襯底揭去；提供另一形成有壓敏膠層的承載基底，並 將該另一壓敏膠層壓在奈米碳管陣列揭去襯底的一 端形成另一保護層。 1317346 該承載基底爲一聚酯片。 . 該保護層的厚度爲0.05毫米。 在向所述形成有保護層的奈米碳管中注入基體 溶液或熔融液前，進一步包括一預先抽真空的步驟。 所述保護層的去除方法包括以下步驟：揭去承載 基底，用二曱苯、乙酸乙脂或石油醚溶解去除壓敏膠。 所述奈米碳管可採用強酸性或強氧化性的溶劑 腐蝕去除，形成奈米級微孔模具。 . 所述奈米碳管的去除進一步包括以下步驟：採用 質量百分比濃度比爲3:1的濃硫酸與濃硝酸的混合溶 液，在環境溫度60攝氏度時回流於上述奈米碳管與 基體的複合結構約30分鐘至2小時，利用強酸溶劑 的腐#作用去除奈米$炭管。 該基體材料爲聚四氟乙烯、矽橡膠、聚酯、聚氯 乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯、聚丙烯、環氧樹脂、聚碳 _ 酸酯、聚甲醛或聚縮醛。 相較於先前技術，所述的奈米級微孔模具的製造 方法製程簡單，操作容易，成本低，易於大規模實際 應用。 【實施方式】 下面將結合附圖對本發明作進一步的詳細說明。 請參閱圖1，本發明實施例奈米級微孔模具10的 製造方法主要包括以下幾個步驟： (一）提供複數奈米碳管14。 8 1317346 % 本實施例中複數奈米碳管14可選擇爲多壁或單壁 _ 奈米碳管陣列，其可採用化學氣相沈積法、電漿辅助 化學氣相沈積法或電漿輔助熱絲化學氣相沈積法製 得，因而，複數奈米碳管14通常形成於襯底12上， 且該襯底12可輕易揭掉，而不影響奈米碳管的陣列 性。 • 本實施例奈米碳管陣列生長方法包括：首先在一 ' 矽襯底12表面塗覆一約5奈米厚度的金屬鐵催化劑 籲 層；在30(TC溫度下在空氣中進行熱處理；然後在 700°C溫度下，在矽襯底12上化學氣相沈積生長奈米 碳管陣列，該陣列中奈米碳管14的直徑範圍爲1〜100 奈米。 (二）在所述奈米碳管14至少一末端形成一保護 層 16。 · 首先在一承載基底162上均勻塗抹一層壓敏膠 ^ 164 ;然後將壓敏膠164壓在遠離矽襯底12的複數奈 米碳管14末端，即形成一端覆蓋有保護層16(包括承 載基底162與壓敏膠164)的奈米碳管14，此時，矽 襯底12本身可作爲奈米碳管14的另一保護層。另， - 本實施例中也可在奈米碳管14兩端均形成保護層 . 16，具體地，可進一步將矽襯底12揭掉之後，再重 復上述步驟，使矽襯底12揭掉後露出的奈米碳管14 的末端也覆蓋保護層16，該保護層16同樣包括壓敏 膠164與承載基底162，從而形成兩末端分別覆蓋保 1317346 護層16的奈米碳管14。本實施例中，上述承載基底 162可採用聚酯片，壓敏膠164可採用由撫順輕工業 ‘ 所生產的YM881型壓敏膠。另，本實施例中保護層16 厚度優選爲0. 05毫米。 (三） 在所述形成有保護層16的複數奈米碳管14 間注入基體18溶液或熔融液，並使其固化。 將經過步驟（二）處理的奈米碳管14浸入基體18 溶液或熔融液中，或將基體溶液或基體熔融液注入兩 端形成有保護層16的奈米碳管14中，然後將其在真 空下固化或凝固24小時，獲得注有基體18的奈米碳 管14。其中，基體18選擇爲能耐強酸腐蝕的高分子 化合物，具體可選自聚四氟乙烯、矽橡膠、聚酯、聚 氯乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯、聚丙烯、環氧樹脂、聚 碳酸酯、聚曱醛、聚縮醛等高分子材料。本實施例中 優選爲聚四氟乙烯。 另，本實施例步驟（三）可進一步包括一預先抽 真空的步驟，可通過預先將該形成有保護層16的複 數奈米碳管14做抽真空處理約30分鐘，以排出複數 奈米碳管14間的空氣，有利於基體18溶液或熔融液 注入。 (四） 除去保護層16。 保護層16中的承載基底162可直接揭去，壓敏膠 164可以溶解去除，如採用二曱苯、乙酸乙脂或石油 醚溶解。另，本實施例中以生長奈米碳管14的矽襯 1317346 底12作爲的保護層可直接揭去。此時，露出基體18 的第一表面182與與其相對的第二表面184，而且原 . 來被保護層16所覆蓋的奈米碳管14的兩末端也露 ， 出，並分別伸出基體18的兩表面182、184。因而， 除去保護層16後所形成的係兩末端露出基體18表面 的奈米碳管14與基體18的複合結構。 (五）腐蝕去掉上述複合結構中的奈米碳管14。 本實施例採用強酸性或強氧化性的溶劑腐蝕去除 > 上述複合結構中的奈米碳管14。優選地，本實施例採 用質量百分比濃度比爲3:1的濃硫酸與濃硝酸的混合 溶液，在環境溫度60攝氏度時回流於上述奈米碳管 14與基體18的複合結構約30分鐘至2小時，利用強 酸溶劑的腐蝕作用去除複合結構中的奈米碳管14。腐 蝕掉奈米碳管以後，具有耐強酸腐蝕的基體18留下 來形成一奈米級微孔模具10。 _ 請參閱圖2,本發明實施例製造的奈米級微孔模具 10，包括一基體18，該基體18爲一薄膜，其進一步 包括一第一表面182及與第一表面182相對的第二表 面184。該基體18内分佈有複數相互平行排布的奈米 級的通孔186。該複數通孔186基本垂直於基體18的 第一表面182及第二表面184，且沿第一表面182向 第二表面184延伸貫穿整個基體18。本實施例中，該 通孔186的孔洞半徑爲10〜100奈米，通孔186之間 的間距爲20〜200奈米，該奈米級微孔模具10的厚度 11 1317346 爲〇· 1〜1毫米。 5月參閱圖3’爲本實施例製造的奈米級微孔模具 10的應用不意圖。本實施例的奈米級微孔模具10可 用於製造其他材料的奈米級陣列。 、首先在上述奈米級微孔模具10中填充一待形成 奈米級陣列的材料，本實施例以金爲例。

其-人，去除上述奈米級微孔模具1Q，即形成該材 料的奈米級的陣列2 〇。 實靶例中，該奈米級微孔模具10爲高分子材 1孔：化學腐蝕、高溫煆燒等方法去除該奈米級 微孔模具10 ’形成奈米級的金陣列2〇。 技術另，在本材實^例奈米級微孔模具1G還可應用于壓印 相Hi面形成奈来級的表面凸起結構。 術，本實施例奈米級微孔模具的f ==用了奈米碳管陣列來作爲母板： 化劑二列’，==ΠΓ通過控制奈米碳管催 制性。 的目的“了模具的有序性與可控 依法提χ 5發料利之要件， 惟’以上所述者僅為本發心 佳實施例’自m以此限制本案之申請專利 ::=案技藝之人士援依本發明之精神所❸ 飾或變化，皆應涵蓋於以下Μ專利範圍内， 12 1317346 【圖式簡單說明】 圖1係本發明實施例奈米級微孔模具的製造方法 的流程示意圖。 圖2係本發明實施例奈米級微孔模具的結構示意 圖。 圖3係本發明實施例奈米級微孔模具的應用示意 圖。 【主要元件符號說明】 奈米級微孔模具 10 概底 12 奈米碳管 14 保護層 16 承載基底 162 壓敏膠 164 基體 18 第一表面 182 第二表面 184 通孔 186 陣列 20 13

Claims (1)

1. ,1317346 ^年？月9/曰修(更)正替換頁 十、申請專利範圍 1. 一種奈米級微孔模具的製造方法，其包括以下步 驟： 提供複數奈米碳管； 在所述複數奈米碳管至少一末端形成一保護層； 向所述形成有保護層的奈米碳管中注入基體溶 液或熔融液，並使其固化； 除去保護層，形成奈米碳管與基體的複合結構； 以及 去除奈米碳管，形成奈米級微孔模具。 2. 如申請專利範圍第1項所述的奈米級微孔模具的 製造方法，其中，該複數奈米碳管爲採用化學氣相 沈積法、電漿輔助化學氣相沈積法或電漿輔助熱絲 化學氣相沈積法製得的奈米碳管陣列。 3. 如申請專利範圍第2項所述的奈米級微孔模具的 製造方法，其中，該奈米碳管陣列形成於一襯底上。 4. 如申請專利範圍第3項所述的奈米級微孔模具的 製造方法，其中，該保護層的形成進一步包括以下 步驟：提供一形成有壓敏膠層的承載基底；將形成 有壓敏膠層的一面壓在奈米碳管陣列遠離襯底的末 端形成一保護層，而奈米碳管陣列的襯底本身作爲 另一保護層。 5. 如申請專利範圍第3項所述的奈米級微孔模具的 製造方法，其中，該保護層的形成進一步包括以下 14 1317346 步驟’·提供一形成有壓敏膠層的承戴基底；將形成 有壓敏膠層的一面壓在奈米碳管陣列遠離襯底的末 端形成一保護層；將襯底揭去；提供另一形成有壓 敏膠層的承載基底，並將該另一壓敏膠層壓在奈米 碳官陣列揭去襯底的一端形成另一保護層。 6.如申請專利範圍第4或5項所述的奈米級微孔模 具的製造方法，其中，該承載基底爲一聚酯片。 φ 7.如申請專利範圍第1項所述的奈米級微孔模具的 製造方法’其中，該保護層的厚度爲0.05毫米。 δ.如申請專利範圍第1項所述的奈米級微孔模具的 製造方法’其中，在向所述形成有保護層的奈米礙 管中注入基體溶液或熔融液前，進一步包括一預先 抽真空的步驟。 9·如申請專利範圍第4或5項所述的奈米級微孔模 八的製k方法，其中，所述保護層的去除方法包括 •、下步驟.揭去承载基底’用二曱苯、乙酸乙脂或 石油醚溶解去除壓敏膠。 10'如申請專利範圍第1項所述的奈米級微孔模具的 ，ie方法，其中，所述奈米碳管可採用強酸性或強 氧化! 生的溶劑腐蝕去除，形成奈米級微孔模具。 . u_ 專利㈣第10韻述的奈米級微孔模具 的製^方法’其中’所述奈米碳管的去除進-步包 括以下步驟：採用質量百分比濃度比爲3:1的濃硫 酸與濃確酸的混合溶液’在環境溫度60攝氏度時回 15 Γ317346 流於上述奈米碳管與基體的複合結構約30分鐘至2 小時，利用強酸溶劑的腐蝕作用去除奈米碳管。 12.如申請專利範圍第1項所述的奈米級微孔模具的 製造方法，其中，該基體材料爲聚四氟乙烯、矽橡 膠、聚酯、聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯、聚丙烯、 環氧樹脂、聚碳酸酯、聚曱醛或聚縮醛。

   16 1317346 七、指定代表圖： (一） 本案指定代表圖為：圖1。 (二） 本代表圖之元件符號簡單說明: 奈米級微孔模具 10 襯底 12 奈米碳管 14 保護層 16 承載基底 162 壓敏膠 164 基體 18 第一表面 第二表面 184 八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵之 化學式：

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