[發明專利]聚電解質多層膜上構建物理圖案的方法

無效

• 申請號: 201010122919.X
• 申請日: 2010-03-12
• 公開（公告）號: CN101817645A
• 公開（公告）日: 2010-09-01
• 發明（設計）人: 高長有;韓璐璐;周晶;龔曉
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C03C17/28
• 分類號: C03C17/28;C04B41/48;C08L25/06;C08L39/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 韓介梅

技術領域

本發明涉及一種聚電解質多層膜上構建物理圖案的方法。具體說是利用硅 橡膠與多層膜之間的毛細力使溶脹的多層膜在高溫下流動，溶劑揮發完畢后， 多層膜停止運動，得到圖案化表面。

背景技術

制備聚電解質多層膜的方法是基于聚合物陰陽離子靜電作用在基底上的層 層自組裝。此方法的優勢在于，由于可利用多種化學基團，因而可用來制備功 能可控的聚合物薄膜；這種方法構建的多層膜可以在納米尺度上精確調控膜的 厚度：可以從幾個埃到幾百納米甚至幾個微米；對基底的形狀沒有限制，無論 是平面、彎曲表面還是小球的表面都可以進行組裝；此外，電解質溶液的鹽濃 度、溶劑類型、pH值、溫度等因素可以精確控制多層膜的增長厚度、粗糙度、 密度、水含量、模量等。這些性質使聚電解質多層膜無論在生產還是基礎研究 中都引起人們很大的關注，使之應用到催化裝置、電子和光學設備、傳感器及 生物醫用產品中。

在基材上構建微米或納米圖案在集成電路、信息存儲、微流道、傳感器和 生物芯片等方面具有重要作用。目前，對聚電解質多層膜的圖案化處理一般集 中在化學圖案的構建或通過共價鍵等力的作用來進行表面修飾，例如：化學圖 案表面選擇性沉積、噴墨壓印(inkjet?imprinting)、光圖案化技術(photopattern technology)、剝離技術(lift-offtechnology)、多層膜轉移印刷術(multilayer?transfer printing)、微接觸印刷術(microcontact?printing)等。由于聚電解質多層膜的化 學性質不同，利用化學方法通常不具有普適性。通過溶劑對多層膜的增塑作用 來實現多層膜的微成型具有一定的普適性，對多層膜化學性質限制少，易于構 建物理圖案。目前有壓縮與壓印兩種技術。壓縮時采用的壓力小，形變產生的 原因是垂直方向大分子鏈對外界應力變化調整構象，高分子鏈相互靠近，自由 體積減小，膜結構更加致密；壓印中采用的壓力更大，導致大分子鏈在水平和 垂直方向上流動來形成圖案，因而圖案的高度受壓力影響。目前的聚電解質多 層膜的成型方法都依靠外部施加壓力使其成型，而過大的壓力易導致基底或硬 模具的斷裂。另外，這些成型方法中成型時間通常需要幾個小時。因此如何在 短的成型時間內形成穩定的圖案，減少成型壓力或無需外力是該技術發展的重 點。目前，此類聚電解質多層膜的壓縮技術尚未見文獻報道。

發明內容

本發明的目的是提供一種在平面聚電解質多層膜上構建物理圖案的方法， 其過程無需外力，成型時間短，成型圖案的高度和結構可調控。

聚電解質多層膜上構建物理圖案的方法，包括以下步驟：

1)將1mg/mL的聚乙烯基亞胺溶解在水中，得到聚乙烯基亞胺水溶液， 1mg/mL的聚苯乙烯磺酸鈉和1mg/mL的聚二烯丙基甲基銨鹽酸鹽分別溶解在 1mol/L的NaCl溶液中，得到聚苯乙烯磺酸鈉和聚二烯丙基甲基銨鹽酸鹽的氯化 鈉溶液；

2)將基底浸泡在體積比為7∶3的濃硫酸和雙氧水的混合液中進行清潔，沖 洗，烘干；

3)將清潔后的基底浸泡于聚乙烯基亞胺水溶液中30分鐘，三蒸水清洗后， 交替浸泡到帶有負電的聚苯乙烯磺酸鈉的氯化鈉溶液和帶有正電的聚二烯丙基 甲基銨鹽酸鹽的氯化鈉溶液，在組裝預定層數后得到聚苯乙烯磺酸鈉/聚二烯丙 基甲基銨鹽酸鹽多層膜，用水清洗，去除表面多余鹽分，氮氣吹干；

4)利用微量注射器滴加溶劑到步驟3)的多層膜上，使多層膜上均勻覆蓋一層 溶劑，將帶有圖案的硅橡膠印章蓋到此多層膜上，然后放到20-70℃的烘箱中， 揮發去除溶劑，揭掉印章，獲得圖案化聚電解質多層膜。

本發明中所用的基底可以為硅片、玻璃片或石英片。所用的溶劑可以為水 或水與乙醇的混合液。

本發明在溶劑的作用下，聚電解質多層膜與印章之間存在毛細力作用，同 時溶脹的聚電解質多層膜在高溫及毛細力作用下流動，從而可在無外力下產生 圖案。所得的圖案高度或圖案結構可通過改變多層膜厚度、成型溫度和所用的 溶劑來控制。

本發明方法構建物理圖案過程中無需外力，操作簡單。成型時間短，有利 于提高生產效率。所得圖案化表面有望用于光學、組織工程、傳感器等領域。

附圖說明

圖1是硅片表面組裝不同層數聚苯乙烯磺酸鈉/聚二烯丙基甲基銨鹽酸鹽多 層膜的橢圓偏振光譜測試結果；