[發明專利]一種超疏水凹角T狀微柱結構的制備方法有效

申請號：	201510014673.7	申請日：	2015-01-13
公開（公告）號：	CN104649216A	公開（公告）日：	2015-05-27
發明（設計）人：	廖廣蘭;獨莉;史鐵林;譚先華;陳鵬飛	申請（專利權）人：	華中科技大學
主分類號：	B81B7/04	分類號：	B81B7/04;B81C1/00
代理公司：	華中科技大學專利中心 42201	代理人：	梁鵬
地址：	430074 湖北***	國省代碼：	湖北;42
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種疏水凹角狀微柱結構制備方法
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【說明書】：

技術領域

本發明屬于微納制造領域，更具體地，涉及一種超疏水凹角T狀微柱結構的制備方法。

背景技術

超疏水表面(水滴在該表面的表觀接觸角大于150°，同時接觸角滯后小于10°)由于其獨特的抗濕、低黏著特性以及自清潔特性，在微流體系統、無損液體傳輸、微納機電系統低黏著功能表面以及生物相容性領域存在很大應用前景。目前超疏水表面一般通過對材料表面加工微觀粗糙結構并涂覆疏水性材料獲取。在粗糙結構表面，液滴與粗糙結構的接觸狀態決定表面的潤濕能力。當液滴處于Wenzel狀態時，液滴填滿粗糙結構凹槽，固-液接觸面增加，表觀接觸角減小，表現出較大的粘滯現象；當液滴處于Cassie狀態時，由于液滴尺度遠大于固體表面的粗糙結構尺度，液滴與粗糙結構間易截留空氣，導致表觀上的固-液接觸變為固-液及液-氣的復合接觸，此時液滴具有較大的表觀接觸角及較小的接觸角滯后，因此液滴處于Cassie狀態是固體表面具有超疏水性的必要條件。由Cassie-Baxter理論方程可知，減少固-液界面在水平投影面上的面積分數(即減少固-液接觸而增加液-氣界面面積)，粗糙結構間截留的空氣增多，表觀接觸角增大，接觸滯后角減小，有利于增強固體表面抗濕能力。研究表明，當疏水性材料表面存在本征接觸角大于90°液體如水或水溶液，加工與基底表面垂直的微柱粗糙結構(圖1(a))，可以使液滴處于Cassie狀態；當疏水性材料表面存在本征接觸角小于90°的液體如油或有機溶劑，或在親水性材料表面存在水溶液時，在微柱粗糙結構上加工T狀結構(圖1(b))可以增加液滴潤濕微觀結構的液-?氣界面面積，從而幫助液滴達到Cassie狀態。理論上，這種結構對于本征接觸角接近0°的液滴也可達到Cassie狀態，然而，這種狀態并不穩定，當外界存在微小擾動如聲或機械振動時，液-氣界面將逐漸下沉直至接觸粗糙結構凹槽底端而潤濕基底表面。而圖1(c)所示的結構，在原有T狀結構上制備凹角結構，當液體本征接觸角接近0°時在這種結構表面依然處于穩定的Cassie狀態，具備超疏水特性，并且這種結構表面的疏水特性與材料無關，適用于任何材料，因而具有非常廣泛的應用前景。

然而針對圖1(c)所示結構的制備方法，現有技術中使用的工藝非常復雜，需多次使用熱氧化硅鍍膜、感應耦合等離子體刻蝕、濕法硅刻蝕等方式，涉及的設備非常昂貴，成本很高，同時工藝難度大，可控性差，因此急需開發一種成本低廉且可控性高的工藝方法。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明的目的在于提供一種超疏水凹角釘狀微柱結構的制作方法，其中利用一次電鍍工藝生長T狀微柱，通過對T狀結構的濕法腐蝕得到凹角結構，工藝窗口寬，可操控性強，得到的結構具有優異的超疏水性。

本發明提供了一種超疏水凹角T狀微柱結構的制備方法，其特征在于，該方法包括下列步驟：

(a)在基片(1)的一個表面旋凃第一層光刻膠(2)，并執行顯影操作得到第一圓孔陣列；

(b)在所述步驟(a)得到的結構中含光刻膠的表面依次沉積粘附層(3)和種子層(4)；

(c)在所述步驟(a)中獲得的第一圓孔陣列的表面旋凃第二層光刻膠(5)，并執行顯影操作得到第二圓孔陣列，由此得到T狀圓孔陣列；

(d)對所述第一圓孔陣列和所述第二圓孔陣列進行電鍍填充，得到金?屬的T狀微柱結構(6)；

(e)去除光刻膠及多余粘附層、種子層；

(f)并在所述T狀微柱結構(6)的表面沉積一層保護層(7)；

(g)去除所述T狀微柱結構(6)的橫狀伸出部分并保留柱狀結構和所述凹角狀的保護層(7)，由此得到凹角T狀微柱結構。

進一步地，所述步驟(b)中采用的粘附層(3)材料為鈦、鈦化鎢、鉭或氮化鉭中的一種，所述種子層(4)材料為銅、鎳或金的一種，且所述粘附層(3)和所述種子層(4)采用物理氣相淀積形成，所述粘附層(3)的厚度為10～200nm，所述種子層(4)的厚度為50～500nm。