[發(fā)明專利]一種準(zhǔn)三維微、納米柱陣列的制作方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310747737.5
• 申請(qǐng)日: 2013-12-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103738913A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-04-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周建華;潘益;李萬(wàn)博
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中山大學(xué)
• 主分類號(hào): B81C1/00
• 分類號(hào): B81C1/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 任重

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及三維納米結(jié)構(gòu)的制作方法，更具體地，涉及一種準(zhǔn)三維微、納米柱陣列的制作方法。

背景技術(shù)

?準(zhǔn)三維表面微納結(jié)構(gòu)在表面科學(xué)、納米科學(xué)、仿生生物學(xué)、能源和催化等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用。特別是上部比根部大的微納柱陣列結(jié)構(gòu)在超親水/疏水表面、表面?zhèn)鳠帷⒈砻娴入x子體傳感和太陽(yáng)光捕獲等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用前景。例如，由疏水材料構(gòu)成的上部比根部大的微納柱陣列能有效阻礙水滴浸潤(rùn)而進(jìn)入微納柱陣列的根部，從而具有超疏水的性質(zhì)和自清潔的功能。

現(xiàn)有制備此類準(zhǔn)三維微、納米結(jié)構(gòu)的方法包括電子束刻蝕、激光相干曝光、特殊的光刻技術(shù)、直寫技術(shù)、模板法和化學(xué)腐蝕法等等。但是，以上這些方法都難以推廣使用。電子束刻蝕、激光相干曝光、特殊的光刻技術(shù)、直寫技術(shù)通常需要較大型的儀器，制備耗能大、時(shí)間長(zhǎng)、費(fèi)用高；傳統(tǒng)模板法和化學(xué)腐蝕法只能加工二維的結(jié)構(gòu)，比較單一，工藝重復(fù)性差，樣品批次之間的差異大、重現(xiàn)性差。因此，發(fā)展出一種快速且制造成本低廉、結(jié)構(gòu)可控、普適的準(zhǔn)三維微、納米結(jié)構(gòu)制造方法在微納技術(shù)領(lǐng)域具有重要意義。

目前這種上部比根部大的表面微、納米結(jié)構(gòu)的形狀多為蘑菇狀頂端微柱、抹刀狀頂端微柱和吸盤狀頂端微柱等。目前采用的制備方法有：直接在模板中澆注固化后具有彈性的高分子預(yù)聚物，待其固化成型后脫模取出。使用兩步加工法，先制備出微柱陣列，再對(duì)其頂端進(jìn)行加工，例如使微柱頂端醮上少量預(yù)聚物，待預(yù)聚物固化后形成頂端較大的微柱陣列，或者在模具中先讓柱體下部固化，脫模后再對(duì)其頂端施加壓力使其變塌，伴隨著頂部截面變寬，最后對(duì)微柱整體固化。在模板中澆注高分子預(yù)聚體，待其固化后選擇能將模具溶解而對(duì)固化的高分子無(wú)影響的溶液對(duì)模具進(jìn)行腐蝕，通過(guò)這種方法可避免外力揭除的脫模方式對(duì)制備樣品的影響，從而較完整地留下頂端較大的微柱陣列。這幾種方法分別由于其對(duì)于材料的選擇具有限制性、分步加工過(guò)程較為繁瑣復(fù)雜、對(duì)模具材料的浪費(fèi)且不能滿足重復(fù)利用等缺點(diǎn)，為制備過(guò)程增加了難度。

目前已有的常規(guī)熱壓成型或澆注成型技術(shù)采用的是剛硬固體模板，熱壓或澆注成型冷卻后模板和成型品很難分開(kāi)，成模率低，并不適合大量制作準(zhǔn)三維納米結(jié)構(gòu)，特別是微納結(jié)構(gòu)上部比根部大時(shí)，模板和成品會(huì)相互卡住，分離時(shí)造成模板或者成型品的損壞。

發(fā)明內(nèi)容

?基于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供一種改進(jìn)的準(zhǔn)三維微、納米柱陣列的制作方法，包括以下步驟：

S1.?制備準(zhǔn)三維微、納米柱陣列的原始模板；

S2.?將彈性材料的預(yù)聚體涂于步驟S1所得的原始模板上，放入烘箱中加熱，冷卻，脫模后，得反相的微、納米坑陣列的彈性印章；

S3.?加入所需的材料，使用步驟S2所得的彈性印章為模板，充滿，固化，脫模后，制得準(zhǔn)三維微、納米柱陣列。所需的材料是指用來(lái)制作三維微、納米柱陣列的材料，即生產(chǎn)者想要使用的材料。

?????所述的準(zhǔn)三維微、納米柱陣列上包括底板和微、納米凸起，所述的微、納米凸起的上部的橫截面比根部的橫截面大，優(yōu)選為蘑菇狀陣列、抹刀狀頂端柱陣列或吸盤狀頂端柱陣列等。

????步驟S1制備原始模板的方法為電子束刻蝕法、光刻技術(shù)或化學(xué)腐蝕法。

????步驟S3所述的常規(guī)方法為加熱-冷卻成型，具體步驟為：將彈性印章和一塊平整的熱塑性塑料貼緊，在它們的上下方均加一塊硬質(zhì)玻璃，然后用夾子夾緊，置于烘箱中加熱，取出冷卻至室溫，脫模，即得。

????步驟S3所述的常規(guī)方法為采用平板熱壓裝置熱壓成型。

????步驟S3所述的常規(guī)方法為澆注成型，具體步驟為：可固化的材料澆注在彈性模板印章上，固化，脫模，即得。

????步驟S3所述的常規(guī)方法為微、納米壓印成型，具體步驟為：在惰性硬質(zhì)平整固體表面旋涂一層黏流態(tài)可固化的材料，然后將彈性印章壓到黏流態(tài)可固化的材料的表面，固化，脫模，即得。

所述的彈性材料為具有彈性、能固化并且固化后能耐高溫的材料，優(yōu)選為硅橡膠，最優(yōu)選的為聚二甲基硅氧烷（Polydimethylsiloxane，PDMS）。

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下特點(diǎn)：

1、本發(fā)明中首先使用傳統(tǒng)加工方法制備的原始模板，熱固化法獲得PDMS二次模板，用于三維微、納米柱陣列的大量復(fù)制。由于原始模板并不直接參與成品的制備，減少了復(fù)制的次數(shù)，加上PDMS具有彈性，復(fù)制時(shí)基本不造成原模板損壞。可以很好的保證原始模板的完整和持久使用，極大的降低了批量制備成本。