[發(fā)明專利]一種基于納米森林模板的超親水聚二甲基硅氧烷薄膜制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210066386.7
• 申請(qǐng)日: 2012-03-14
• 公開（公告）號(hào): CN102583233A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張海霞;張曉升;尼古拉斯·皮特;朱福運(yùn);褚世敢
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類號(hào): B81C3/00
• 分類號(hào): B81C3/00
• 代理公司: 北京市商泰律師事務(wù)所 11255
• 代理人: 毛燕生

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微納加工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于納米森林模板的超親水聚二甲基硅氧烷薄膜制備方法。

背景技術(shù)

聚二甲基硅氧烷(即Polydimethylsiloxane，簡(jiǎn)寫為PDMS，下同)，是一種高分子有機(jī)硅化合物，又被稱為有機(jī)硅。它具有成本低，無(wú)毒，不易燃，生物兼容性好，且透光性優(yōu)異等特點(diǎn)，因此在微納加工技術(shù)領(lǐng)域，特別是微流控、生物醫(yī)學(xué)微系統(tǒng)等方向應(yīng)用廣泛。

疏水性是PDMS固有屬性之一，光滑PDMS表面本身就具有疏水特性，與微小水滴(4-10μL，去離子水)接觸角約為105°～120°，而材料表面與水滴接觸角大于90°即為疏水。因此，利用表面圖形化和化學(xué)改性等方法，很容易實(shí)現(xiàn)接觸角大于150°的超疏水PDMS薄膜材料。但由于PDMS固有的疏水特性，實(shí)現(xiàn)具有親水性，特別是超親水性的PDMS薄膜仍然是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。

另一方面，隨著PDMS在微流控、生物醫(yī)學(xué)微系統(tǒng)等領(lǐng)域應(yīng)用的拓展和深入，特別是在自清潔、防霧和提高表面熱交換效率等研究領(lǐng)域，研究人員迫切希望實(shí)現(xiàn)具有超親水特性的PDMS薄膜材料。氧等離子體處理(oxygen?plasma?treatment)、表面化學(xué)處理(surface?chemical?modification)和紫外線輻照(UV?radiation)等方法被廣泛用于具有親水性的PDMS薄膜的制備。其中，紫外線輻照法很難實(shí)現(xiàn)具有極小接觸角的超親水PDMS薄膜。而氧等離子體處理法和表面化學(xué)處理法雖然可以實(shí)現(xiàn)小于5°的極小接觸角，但所制備PDMS薄膜的超親水特性很難長(zhǎng)期穩(wěn)定保持。目前已有將氧等離子體處理和表面化學(xué)處理結(jié)合起來(lái)的多步方法，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定超親水PDMS薄膜，但多步工藝導(dǎo)致成本增加，且超親水均一性難以保證，限制了其推廣和應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提出一種基于納米森林模板的超親水聚二甲基硅氧烷薄膜制備方法，利用納米森林結(jié)構(gòu)表面作為模板，通過(guò)圖形轉(zhuǎn)移實(shí)現(xiàn)具有納米尺度結(jié)構(gòu)的聚二甲基硅氧烷薄膜，并結(jié)合等離子體刻蝕工藝進(jìn)行表面改性，從而實(shí)現(xiàn)接觸角小于5°的穩(wěn)定超親水聚二甲基硅氧烷薄膜。

本發(fā)明技術(shù)方案是：一種基于納米森林模板的超親水聚二甲基硅氧烷薄膜制備方法，包括如下步驟：

步驟1：將PDMS聚合物本體與聚合物引發(fā)劑按照一定的質(zhì)量比，混合均勻形成PDMS預(yù)聚體；

步驟2：通過(guò)壓印或鑄造的方法，控制溫度和時(shí)間，將模板表面的納米森林結(jié)構(gòu)圖形轉(zhuǎn)移至PDMS表面，形成具有密集納米陣列結(jié)構(gòu)表面的PDMS薄膜；

步驟3：控制深反應(yīng)離子刻蝕設(shè)備的工藝參數(shù)，利用不同氣體組合，對(duì)具有納米陣列結(jié)構(gòu)表面的PDMS薄膜進(jìn)行物理和化學(xué)處理；

進(jìn)一步地，步驟1中所述PDMS聚合物本體，其成分為二甲基-甲基乙烯基硅氧烷。

進(jìn)一步地，步驟1中所述PDMS聚合物引發(fā)劑，其成分為二甲基-甲基氫硅氧烷。

進(jìn)一步地，步驟1中所述PDMS聚合物本體與聚合物引發(fā)劑混合質(zhì)量比為5∶1～20∶1。

進(jìn)一步地，步驟2中所述模板表面的納米森林結(jié)構(gòu)為柱狀或椎體狀或篩孔狀，結(jié)構(gòu)單體深寬比為1∶1～20∶1，高度為10nm～10μm，密度為10～200個(gè)/μm²。

進(jìn)一步地，步驟2中所述溫度為50～100℃，時(shí)間為15分鐘～2小時(shí)。

進(jìn)一步地，步驟2中所述密集納米陣列結(jié)構(gòu)為柱狀或椎體狀或篩孔狀，結(jié)構(gòu)單體深寬比為1∶1～10∶1，高度為10nm～1μm，密度為10～100個(gè)/μm²。

進(jìn)一步地，步驟3中所述深反應(yīng)離子刻蝕設(shè)備的工藝參數(shù)包括，平板功率為0W，線圈功率為900～1200W，壓強(qiáng)為1×10^-6Pa～0.1Pa，氣體流量為100sccm。

進(jìn)一步地，步驟3中所述不同氣體組合包括，依次通入的SF₆和O₂，時(shí)間依次為3～8分鐘和8～12分鐘。

進(jìn)一步地，步驟3中所述不同氣體組合包括，依次通入的SF₆和CHF₃，時(shí)間依次為3～8分鐘和8～12分鐘。

進(jìn)一步地，步驟3中所述不同氣體組合包括，依次通入的SF₆、O₂和CHF₃，時(shí)間依次為3～8分鐘、8～12分鐘和8～12分鐘。