[發明專利]一種光學特性可控形狀記憶聚合物薄膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201410292533.1
• 申請日: 2014-06-18
• 公開（公告）號: CN104086791B
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發明（設計）人: 冷勁松;劉彥菊;李鵬;王文欣;金鵬;韓余
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C08J5/18
• 分類號: C08J5/18;C08L25/14;C08L33/08;C08F220/18;C08F212/08
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所23109
• 代理人: 牟永林

技術領域

本發明涉及智能聚合物材料制備及應用領域，具體涉及一種光學特性可控形狀記憶聚合物薄膜及其制備方法。

背景技術

作為一種新型主動變形智能材料，形狀記憶聚合物在受到外部環境的刺激時，可以將賦型后的形狀回復到初始狀態。形狀記憶聚合物獨特的形狀記憶特性使其在生物醫學、電子器件、自修復材料、驅動器、空間可展開結構中有很廣泛的應用前景，這些應用都利用了形狀記憶聚合物的宏觀大尺度變形及回復過程。隨著光存儲、微光學、微電子、微機械、微流控以及生物材料加工等領域的發展，針對微納尺度的形狀記憶效應及回復特性，近兩年來成為形狀記憶聚合物的應用新方向。

起初，研究者以具有形狀記憶效應的聚合物作為基體材料，在形狀記憶聚合物上通過噴印、蒸鍍等多種手段復刻上金屬的微納結構陣列。利用基體的形狀記憶特性對表面微結構進行調諧。隨著微納結構陣列加工技術的發展，在聚合物柔性襯底材料上復刻微納結構的技術日益完善，一系列具有形狀記憶效應的微納結構被陸續研制成功。但這些微納結構都是以塊狀形狀記憶聚合物形態制備出來的，不能形成薄膜。

發明內容

本發明的目的是提供一種光學特性可控的形狀記憶聚合物薄膜及其制備方法，該制備方法操作簡單，成本低，薄膜厚度可控，薄膜表面微納結構可根據應用需求進行預先設計，可適用于微光學領域多種應用需求。

本發明的形狀記憶聚合物結構薄膜的制備方法，包括如下具體實施步驟：、

步驟一：選取單面拋光或表面蝕刻不同微結構的硅片，作為模板；清洗干凈后放入恒溫箱中干燥備用；

步驟二：將苯乙烯、丙烯酸丁酯和過氧化苯甲酰按10～45∶40～5∶1的比例混合，室溫下攪拌充分溶解，直至溶液整體均勻、澄清、透明無顆粒，混合制成苯乙烯基形狀記憶聚合物溶液，放置于室溫下真空箱中除去氣泡，待用；

步驟三：選取上述步驟一中的硅片模板置于勻膠機托盤上，將上述步驟二中配置好待用的苯乙烯基形狀記憶聚合物溶液滴到硅片模板上進行旋涂制膜；

步驟四：旋涂制膜結束后將帶有薄膜的硅片模板置于酒精中迅速取出，在室溫條件下進一步干燥脫模處理，得到完整復刻有表面微結構苯乙烯基形狀記憶聚合物薄膜。

本發明還具有如下技術特征：

1、所述的不同微結構的形狀為圓柱、橢圓、六棱柱或二維光柵的微圖案陣列。。

2、步驟四的具體操作步驟為：旋涂制膜結束后，用鑷子取出帶有薄膜的硅片模板正面向上放入滴有酒精的玻璃培養皿中，薄膜材料受到酒精的作用，加速結晶固化，薄膜材料變白后迅速取出放置于備好的另外一個干凈的玻璃培養皿中，用保鮮膜封口，放置于室溫下30分鐘后，再放置于烤膠機上緩慢加溫至75℃，保溫1小時后取出，將表面結構薄膜硅片剝離，得到完整復刻有表面微結構苯乙烯基形狀記憶聚合物薄膜。

3、按如上所述的制備方法制備的一種光學特性可控的形狀記憶聚合物薄膜。

4、所述的形狀記憶聚合物薄膜具有的玻璃化轉變溫度為30～100℃。

本發明的優點：

1、本發明制備的形狀記憶聚合物薄膜高度透明，無毒無味，可見光波段透光性良好，表面平整、光滑、致密，幾乎無氣孔和其他固體雜質。

2、本發明制備形狀記憶聚合物薄膜的方法簡單，適用于制備多種不同應用領域需求對應的三維表面微圖案，無需額外加工設備，模板可多次重復使用，成本低廉，具有良好的工業應用潛力。

3、本發明制備的形狀記憶聚合物結構薄膜具有優異的形狀記憶特性，可在熱激勵作用下迅速回復至薄膜表面起始微結構形狀。

4、可根據需求將形狀記憶聚合物薄膜制備成為不同用途的結構薄膜使用，應用領域廣泛。

附圖說明

圖1是本發明實施例1所制備的表面光滑的形狀記憶聚合物薄膜在紫外可見光波段的透過率曲線(插入圖為加熱過程中薄膜的透過光能曲線)；

圖2是本發明所制備的具有微透鏡陣列結構的形狀記憶聚合物薄膜的SEM及衍射光斑；

圖3是本發明實施例5所制備的具有光柵陣列結構的形狀記憶聚合物薄膜的變形前后三種狀態的SEM；

具體實施方式