[發明專利]基于機械力拉伸的大深寬比納米纖維結構及其制備方法

有效

• 申請號: 201310344883.3
• 申請日: 2013-08-08
• 公開（公告）號: CN103434127A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發明（設計）人: 蔣維濤;劉紅忠;馬浩赟;王蘭蘭;尹磊;史永勝;陳邦道;丁玉成
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B29C55/02
• 分類號: B29C55/02;B82Y40/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 蔡和平

1.一種基于機械力拉伸的大深寬比納米纖維結構的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

1）采用復型方法制備柔性孔陣列模具（2），柔性孔陣列模具（2）通過模具背襯（1）吸附在機械臺上平面（7）的下表面上；

2）將聚合物的溶液涂覆于基材（4）上形成聚合物薄膜（3），聚合物薄膜（3）通過基材（4）吸附在機械臺下平面（8）的上表面上；

3）通過調整機械臺上平面（7）與機械臺下平面（8）的間距，將柔性孔陣列模具（2）壓在聚合物薄膜（3）上，使柔性孔陣列模具（2）與聚合物薄膜（3）接觸，并放置在真空環境中，使聚合物薄膜（3）充分填充入柔性孔陣列模具（2）中；

4）最后通過柔性孔陣列模具（2）對聚合物薄膜（3）進行機械拉伸，拉伸完成后固化脫模，制備出端部有質量塊的大深寬比納米纖維結構。

2.根據權利要求1所述的基于機械力拉伸的大深寬比納米纖維結構的制備方法，其特征在于，所述步驟1）中，柔性孔陣列模具（2）的具體制備方法如下：

首先在硅片基材上通過光刻和等離子體刻蝕的方法制備出圓柱陣列的硅模具，之后通過復型的方法得到與硅模具結構互補的柔性孔陣列模具（2）；柔性孔陣列模具（2）為能夠與聚合物薄膜（3）保持良好的接觸的PDMS或氟樹脂柔性模具；柔性孔陣列模具（2）上孔的特征尺寸為500nm～20μm，深度為500nm～10μm，孔陣列化密度為25²～500²孔/mm²。

3.根據權利要求1所述的基于機械力拉伸的大深寬比納米纖維結構的制備方法，其特征在于：所述步驟2）中的聚合物材料為熱塑性材料或光固化材料；

當聚合物材料為熱塑性材料時，將熱塑性材料加熱至粘流態溫度以上，使得熱塑性材料填充入柔性孔陣列模具（2）中，并保持溫度，通過控制柔性孔陣列模具（2）移除的方向，對填充到柔性孔陣列模具（2）的熱塑性材料進行機械拉伸；隨后冷卻固化，進行脫模，形成端部有質量塊的大深寬比納米纖維結構；

當聚合物材料為光固化材料時，先將光固化材料填充入柔性孔陣列模具（2）中；然后通過控制柔性孔陣列模具（2）移除的方向，對光固化材料進行機械拉伸；最后對拉伸的納米纖維結構進行光固化，形成端部有質量塊的大深寬比納米纖維結構。

4.根據權利要求1所述的基于機械力拉伸的大深寬比納米纖維結構的制備方法，其特征在于：所述步驟2）中，聚合物薄膜（3）通過旋涂法或者提拉法涂覆于基材（4）上，薄膜厚度為1μm～10μm。

5.根據權利要求1所述的基于機械力拉伸的大深寬比納米纖維結構的制備方法，其特征在于：所述步驟3）中，基材（4）為剛性基材或柔性基材。

6.根據權利要求5所述的基于機械力拉伸的大深寬比納米纖維結構的制備方法，其特征在于：所述的剛性基材為玻璃或硅，柔性基材為塑料或金屬箔。

7.根據權利要求1所述的基于機械力拉伸的大深寬比納米纖維結構的制備方法，其特征在于：所述步驟4）中，通過控制柔性孔陣列模具（2）對聚合物薄膜（3）機械拉伸的方向，制備出具有20°～90°的傾斜角度的納米纖維結構（5）。

8.根據權利要求1所述的基于機械力拉伸的大深寬比納米纖維結構的制備方法，其特征在于：所述步驟4）中，通過控制柔性孔陣列模具（2）對聚合物薄膜（3）機械拉伸的方向，使柔性孔陣列模具（2）垂直向上脫模，制備出垂直的納米纖維結構（6）。

9.一種由權利要求7所述的制備方法制備的基于機械力拉伸的大深寬比納米纖維結構，其特征在于：制備出的納米纖維結構具有20°～90°的傾斜角度，且納米纖維結構的直徑為10nm～1000nm，高度為20μm～40μm，深寬比范圍為10～100。

10.一種由權利要求8所述的制備方法制備的基于機械力拉伸的大深寬比納米纖維結構，其特征在于：制備出的納米纖維結構為垂直的納米纖維結構，且納米纖維結構的直徑為10nm～1000nm，高度為20μm～40μm，深寬比范圍為10～100。