[發明專利]一種構造聚合物有序微觀結構的方法

有效

• 申請號: 200810050402.7
• 申請日: 2008-02-27
• 公開（公告）號: CN101234748A
• 公開（公告）日: 2008-08-06
• 發明（設計）人: 楊柏;李偉;聶雅茹;張俊虎;朱迪夫
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B81C5/00
• 分類號: B81C5/00;C08J5/18;C08J9/00;C08L25/06;C08L33/12;C08L39/04
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司
• 代理人: 張景林;劉喜生

技術領域

本發明涉及一種利用去潤濕結合熱退火過程構造聚合物有序微觀網格結構的技術，所得到的微觀有序結構具有形貌可調、尺寸可控、可適用材料范圍廣泛的特點。

背景技術

近年來，有機聚合物材料由于其所具有的密度低，易于加工，可變形等獨特的性質，使其在微電子工業、光學材料、表面涂料、物質分離、生物應用和傳感器件等眾多領域成為人們期待的其它傳統材料的替代材料，并得到了前所未有的迅猛發展。而在許多聚合物材料的應用中，更高級功能的實現通常以其能否預先有序圖案化為前提。在這樣的背景下，應用聚合物材料本身具有的玻璃化轉變、相分離和聚合物相溶性等特殊的物理化學性質控制聚合物表面的結構形貌，發展新穎的圖案化加工工藝逐漸為科學家所廣泛注意。尤其在最近幾年中，應用粘性聚合物薄膜的各種表面擾動性構造有序結構的方法開始出現。人們發現這些通常會導致無序形貌的擾動可以通過精致的實驗設計實現控制。研究者應用聚合物薄膜表面各向異性的表面褶皺、在電場誘導或表面化學圖案誘導下共混/共聚聚合物材料的相分離行為、由電場或熱場誘發的聚合物膜側向調制的反穩定作用、以及聚合物本體薄膜或溶液薄膜的去潤濕行為等物理現象都成功得到了聚合物材料的微觀有序結構。可以預見聚合物材料的未來將決定于其加工工藝的發展，基于這種圖案化策略而發展出的聚合物材料新型加工技術具有重要的意義和前景。

發明內容

本發明的目的是提供一種新型的構造聚合物微觀有序圖案化結構的加工方法；這種方法在適用材料范圍廣泛的同時，還可以在一定范圍內對所得有序結構的形貌尺寸及形狀特征實現精確地控制。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：首先用由微接觸印刷制備的圖案化自組裝單層膜誘導實現水汽的定域冷凝，然后利用聚合物的氯仿溶液在冷凝水滴表面的去潤濕過程制備得到聚合物的有序多孔膜層，最后應用熱退火過程將得到的多孔膜層進行加工使之轉變為各種有序網格結構。

本發明所述的方法包括如下6個步驟：

步驟1.帶有微觀有序表面結構硅橡膠(PDMS)模板的制備：首先將液態的二甲基硅氧烷預聚體(PDMS)與對應的固化劑按質量比12∶1～8∶1的比例混合均勻，25～40℃真空脫氣30～50分鐘，然后灌進用有序圖案化光刻膠板和與其相距3～5毫米平整玻璃組合成的模具中，于60～75℃固化8～10小時；冷卻后將固化好的PDMS膜層從模具上小心地揭下，切掉四邊無圖案的區域，則得到帶有微觀有序表面結構的PDMS模板；

表面圖案化的光刻膠板是利用帶有不同尺寸和不同圖案形狀的光掩板(光掩板可以根據需要任意設計，并商業化訂制)，通過光刻技術將光掩板上的圖案復制到光刻膠板上而得到(表面圖案化的光刻膠板的制備參見文獻(A.Kumar，H.A.Biebuyck，G.M.Whitesides，Langmuir?1994，10，1498.)。

步驟2.金基底的制備：本專利中使用金基底來制備圖案化的自組裝單層膜，金基底為表面依次蒸鍍有5～10nm鉻層和50～100nm金層的玻璃載片；蒸鍍前玻璃載片預先經過拋光處理，使用時裁成所需大小后，再用體積比為3∶7的H₂O₂(30％)和H₂SO₄(98％)混合溶液預先清洗；

步驟3.圖案化自組裝單層膜的制備：將烷基鏈長為8～20個碳的具有親水性質的巰基小分子化合物的乙醇溶液均勻地涂于PDMS模板有圖案的表面上，待乙醇自然揮發后，將此表面覆于步驟2制備的金基底表面并保持無壓力接觸10～15秒實現親水性巰基化合物單分子層的印刷(親水自組裝膜)；然后將印好的金基底放入烷基鏈長為8～20個碳的具有疏水性質的巰基小分子化合物的乙醇溶液中浸泡10～20分鐘，使在金基底上生長與親水性巰基化合物單分子層結構互補的疏水性巰基化合物單分子層(疏水自組裝膜)；最后取出金基底用無水乙醇沖洗，氮氣吹干，即在金基底上制備得到圖案化自組裝膜；

具有親水性質的巰基小分子化合物為8-巰基正辛酸、12-巰基正十二羧酸、16-巰基十六羧酸或20-巰基正二十羧酸；具有疏水性質的巰基小分子化合物為正辛硫醇、正十二硫醇、正十六硫醇或正二十硫醇。

自組裝單層膜上親疏水的圖案可以由步驟1中制備的PDMS模板上的有序形貌實現任意調整。以HDT及MHA為例，其乙醇溶液配制的方法為：稱取0.02毫摩爾的HDT或MHA于平底試管中，加入8～15毫升無水乙醇并通氮氣15～20分鐘，配制好的溶液應冷藏備用。