[發明專利]柔性基底薄膜表面微結構的形成方法

有效

• 申請號: 201310088719.0
• 申請日: 2013-03-19
• 公開（公告）號: CN103204459A
• 公開（公告）日: 2013-07-17
• 發明（設計）人: 殷雅俊;吳丹;謝惠民
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 張大威

技術領域

本發明屬于微納米制造技術領域，具體涉及一種柔性基底薄膜表面微結構的形成方法。

背景技術

隨著柔性電路和柔性器件的逐漸推廣應用，柔性結構設計和優化尤為重要。柔性傳感器，激振器和柔性電子電路等是目前正在興起的一個重要學科領域。利用柔性基底薄膜結構表面屈曲實現柔性結構在服役過程中的功能是已經廣泛采用的一種手段。Ned?Bowden等通過在柔性基底PDMS表面鍍金膜，鍍膜過程中產生的溫度變化，使得薄膜基底系統自發性地發生屈曲褶皺。后續有諸多學者從理論和實驗對這種薄膜基底系統由于失配應變引起的屈曲進行了研究。從本質上來說，屈曲的發生是由于薄膜和柔性基底之間的彈性常數相差甚遠所致。一般薄膜的彈性模量比基底高兩三個量級。實驗上，通過對熱膨脹的PDMS表面進行氧等離子體改性處理后，在其表面形成一層較厚的薄膜。待冷卻后PDMS收縮產生的失配應變在薄膜表面形成褶皺。Edwin?P等（Edwin?P等，Soft?matter，2（2006）324–328）通過對PDMS進行紫外臭氧老化處理改變表面一層薄膜的模量，再將其置于乙醇蒸汽中，使得PDMS表面發生屈曲褶皺。Cunjiang?Yu等（Cunjiang?Yu等，APPLIED?PHYSICS?LETTERS，96（2010）041111）通過對預拉伸的PDMS進行紫外氧化處理后，釋放PDMS使其表面發生屈曲，通過改變預拉伸的幅度控制屈曲的波長和幅值，這種表面形成的周期性結構可以作為光學光柵使用。以上這幾種實驗方法均不能實現在PDMS表面選擇性地發生褶皺屈曲。而對于柔性器件的設計來說，有選擇性地在表面設計微結構尤為重要。

發明內容

針對現有技術中存在的缺陷，本發明的目的在于提出一種柔性基底薄膜表面微結構的形成方法，可在柔性基底薄膜表面選擇性地發生褶皺屈曲，操作簡單，易于實現。

根據本發明實施例的柔性基底薄膜表面微結構的形成方法，包括如下步驟：S1：繪制曲線圖形并制備光刻掩膜；S2：利用所述光刻掩膜，光刻石英玻璃；S3：在圖形化的石英玻璃上澆鑄柔性基底預聚體，然后固化得到圖形化的柔性基底并剝離；以及S4：在圖形化的柔性基底上鍍金屬膜。

優選地，所述柔性基底為聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯或聚酰亞胺中的一種或多種的組合。

優選地，所述金屬膜為鋁、銅或金中的一種或多種的組合。

優選地，所述所述曲線圖形的曲線半徑為150-450微米，曲線間隔為50-450微米。

優選地，所述曲線圖形為多條平行的波浪線。

優選地，相鄰的兩條所述波浪線凹凸起伏的順序相同或相反。

優選地，所述金屬膜的厚度為100-300nm。

本發明的柔性基底薄膜表面微結構的形成方法，在柔性基底材料表面形成曲線結構，再在基底上鍍膜，由于溫度變化產生熱應力，曲線結構引導薄膜內的應力分布，可以通過設計不同曲率、間距和形狀的曲線結構，控制褶皺屈曲發生的區域和幅度，該方法操作簡單，易于實現。

附圖說明

本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1為本發明實施例的柔性基底薄膜表面微結構的形成方法的流程圖；

圖2為CAD繪制的不同圓弧半徑、曲線間距和形狀的曲線圖案；

圖3為圖像化的石英玻璃上的曲線圖案；

圖4為PDMS基底鋁膜系統褶皺屈曲的SEM掃描圖；

圖5為超景深光學顯微鏡下觀察的基底薄膜褶皺屈曲形貌；

圖6為Abaqus軟件模擬基底上曲線圖形引導的應力分布趨勢圖。

具體實施方式

下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。

圖1為本發明實施例的柔性基底薄膜表面微結構的形成方法的流程圖，圖2為CAD繪制的不同圓弧半徑、曲線間距和形狀的曲線圖案，圖3為圖像化的石英玻璃上的曲線圖案，圖4為柔性基底鋁膜系統褶皺屈曲的SEM掃描圖，圖5為超景深光學顯微鏡下觀察的基底薄膜褶皺屈曲形貌，圖6為Abaqus軟件模擬基底上曲線圖形引導的應力分布趨勢。

如圖1所示，本發明的柔性基底薄膜表面微結構的形成方法，包括如下步驟：

S1：繪制曲線圖形并制備光刻掩膜。