[發明專利]一種制備高分子超薄膜納米起皺圖案的方法

有效

• 申請號: 201310201454.0
• 申請日: 2013-05-27
• 公開（公告）號: CN103304827A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 傅強;何亮;陳楓
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: C08J3/28
• 分類號: C08J3/28;C08J3/24;C08J5/18;C08L25/06;C08L83/04;C08L53/02;C08L75/04;C08L67/04
• 代理公司: 北京世譽鑫誠專利代理事務所(普通合伙) 11368
• 代理人: 郭官厚

技術領域

本發明屬于制備微納尺度圖案的技術領域，具體涉及到一種制備高分子超薄膜納米起皺圖案的方法。

背景技術

在自然界中存在許多復雜的通過自發組織排列形成的圖案，在極小尺寸的微納尺度中，如分子結晶、荷葉的分層表面結構、貝殼珍珠里的復合層狀結構等；在肉眼可見甚至更大的天文學級別的尺度中，如風沙丘的漣漪狀結構、星球的規律排列或是更大的星系排列等。隨著科技持續的向更小、更薄、更輕發展，微納尺度的自發組織排列的現象受到了廣泛關注。

在超薄膜體系中的不穩定現象，可以容易的利用自發組織排列形成明確的、復雜的拓撲學結構，所以引起了越來越多的興趣。表面起皺是超薄膜體系中一種就有代表性的不穩定現象，它是在不穩定性兩導下自發組織排列形成的具有高度規律性的微納尺度圖案，在自然界中可以發現很多的例子，如老化的人類皮膚、干燥的水果表面等。表面起皺廣泛的應用于制備復雜的圖案、制造新型的電子器件、衍射光柵、微透鏡陣列、調整表面潤濕性、調整表面粘接性能、改變光學性能、測量超薄膜的機械性能等方面。

起皺體系一般具有雙層結構，一般是薄的、硬的薄膜附著在柔軟的基質上，在外部場或是殘余應力的作用下就可以很容易的得到類似的起皺圖案，這些體系可以提供豐富的表面形態以及多尺度的有序排列。在起皺現象中，會有一個特征波長，它是在薄膜屈曲與基質變形中外力平衡、體系總能量達到最低的結果。在已有的研究中，產生外加應力的方法有機械壓縮或是伸展、熱膨脹、溶劑溶脹。

用機械壓縮或是伸展的方法使得雙層膜體系發生起皺的方法，它的形變范圍比較大，從百分之幾到百分之幾十甚至達到百分之幾百。但是由于要利于拉伸，并且具有一定的強度及韌性，所以這種方法的基質一般都是聚二甲基硅氧烷(PDMS)，上層的薄膜可以是聚合物也可以是用紫外將聚二甲基硅氧烷(PDMS)交聯得到的硬層。這種方法兩層的厚度等數據可以比較方便的得到，易于進行定量計算，所以常用來測量超薄膜的機械性能。但是，它的基質的特殊需求對這種方法的其它應用有一定的限制。

熱膨脹的方法產生起皺，是將雙層薄膜在較高溫度下放置一段時間，然后冷卻，因為上層薄膜的熱膨脹系數比基底的低，在收縮的時候就會產生壓縮應力。這種方法產生的起皺它的形變較小，一般只有百分之幾。這種方法它的硬層可以是無機金屬或是下層的聚苯乙烯用氧等離子體、紫外交聯或是用強酸氧化得到的，但是這種方法是不是適用于其他的只有一種聚合物的體系未見報道。并且，如果材料本身具有功能性基團，比如羥基、羧酸基團、氨基等，在氧等離子體、紫外交聯或是用強酸氧化以后，材料表面被處理的部分，這些基團就會被破壞掉，使得材料表面及本體的性質發生變化，這些都是對于這種方法應用的限制。溶劑溶脹的方法也需要用氧等離子體、紫外交聯或是用強酸氧化得到一個上層為硬層的結構，它的表面變化與前面類似，存在相同的缺點。而且溶劑溶脹的條件不好控制，并且溶脹的面積較小，并不是所有材料都方便進行溶劑溶脹的處理，溶劑處理之后的形態也不容易保持，如果溶劑揮發之后，它的形態就很容易破壞。它的這些特點都限制了這種方法的應用。

發明內容

本發明針對現有技術中存在的缺點及不足，提供了一種形態穩定、方法簡單的制備高分子超薄膜納米起皺圖案的方法。

本發明是這樣實現的：

一種制備高分子超薄膜納米起皺圖案的方法，包括如下步驟：

步驟一、將聚合物中加入對應溶劑配置成1wt％-4wt％的溶液，然后超聲處理加速溶解，溶解完全后封好試劑瓶備用；

步驟二、將配置好的溶液用旋涂法成膜，旋涂的轉速從1000轉/min-3000轉/min，旋涂時間30s，根據不同的轉速、不同的溶液濃度可以調控得到不同厚度的聚合物薄膜，膜厚20nm-1μm，最后放置24h讓溶劑完全揮發；

步驟三、將旋涂好的單層聚合物薄膜用超熱氫技術處理，誘導聚合物上層發生交聯，超熱氫的條件是電壓和處理時間，電壓為100V至300V、處理時間1min-10min，不同的電壓和處理時間組合可以得到不同的交聯效果的聚合物雙層薄膜。

步驟四、進行熱退火處理，退火的溫度為100℃-180℃，保持在該退火溫度進行6h的退火處理，退火后取出樣品讓其在室溫下自由冷卻，就可以得到起皺圖案。

更進一步的方案是：所述步驟二中旋涂法得到的是單層的聚合物薄膜，超熱氫處理之后可以得到上層是交聯的硬層而下層是軟層的雙層聚合物薄膜體系。

更進一步的方案是：所述起皺圖案起皺的周期50nm-500nm，起皺的振幅10nm-500nm。