[發(fā)明專利]一種等離子體輔助的聚合物表面微結(jié)構(gòu)熱壓印方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611113861.6
• 申請日: 2016-12-07
• 公開（公告）號: CN106799830B
• 公開（公告）日: 2019-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 彭林法;王晉;鄧宇君;易培云;來新民
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: B29C59/02
• 分類號: B29C59/02;B29C59/04;B29C59/14;B29C33/72;B29C35/16
• 代理公司: 上海科盛知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 蔣亮珠

本發(fā)明涉及一種等離子體輔助的聚合物表面微結(jié)構(gòu)熱壓印方法，該方法包括以下步驟：利用等離子體表面處理技術(shù)對聚合物材料及模板表面進行處理；加熱聚合物材料至玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)以上；施加壓力使其充填模板上的微細模腔；卸載壓力；冷卻，使材料和模板降溫至Tg以下，固化已成形的聚合物微結(jié)構(gòu)；施加脫模力完成脫模，獲得表面加工有微結(jié)構(gòu)的聚合物產(chǎn)品。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過增強粘附減小熱壓印工藝中聚合物的回彈，降低了實現(xiàn)高精度復(fù)制所需的壓印溫度，有效縮短了保壓時間，甚至無需保壓階段，可顯著縮短熱壓印工藝周期、提高加工效率，此外，本發(fā)明允許完全卸載后再施加冷卻，為熱壓印工藝過程的優(yōu)化提供更多有效的途徑。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種聚合物表面微結(jié)構(gòu)熱壓印方法，尤其涉及減少熱壓印中聚合物回彈的方法。

背景技術(shù)

熱壓印工藝作為一種在聚合物基材表面直接復(fù)制微結(jié)構(gòu)的方法，在光學(xué)薄膜、微流控芯片、微機電系統(tǒng)以及特殊功能材料等產(chǎn)品的制造中有著廣闊的應(yīng)用前景。該工藝主要包含加熱、壓印、冷卻和脫模四個步驟，所用聚合物基材主要為熱塑性類，具體原理為：室溫下處在玻璃態(tài)的聚合物材料被加熱至玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)以上后進入橡膠態(tài)，模量顯著降低(與室溫下相比通常下降2～3個數(shù)量級)，而流動性能則顯著提高，此時，施加壓力可使其順利充填微納米尺度的模腔；在橡膠態(tài)下，聚合物材料的形變回復(fù)亦變得十分容易，卸載過程中可發(fā)生顯著的回彈(形變回復(fù)量可達50％以上)，因此，完成充型后，通常需要給予一定的保壓或保形時間，使積聚在聚合物材料內(nèi)部的彈性應(yīng)變能得以通過應(yīng)力松弛的方式釋放，從而有效減小回彈量，此外，卸載前給予足夠的冷卻，使聚合物材料在保形過程中回到玻璃態(tài)，“凍結(jié)”分子鏈中鏈段的運動，可進一步有效減小回彈，最終實現(xiàn)微結(jié)構(gòu)的高精度復(fù)制。

隨著微結(jié)構(gòu)聚合物產(chǎn)品越來越廣泛地應(yīng)用于人們的生活，其加工需求也日益增長，然而，由于上述回彈問題，熱壓印工藝需要必要的保壓時間和卸載前的冷卻，工藝周期較長，難以滿足增長的需求對于加工效率的要求。如何縮短熱壓印工藝加工周期，提高其加工效率，是熱壓印技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用中面臨的一大挑戰(zhàn)。1998年，美國普林斯頓大學(xué)的Tan等人提出了熱輥壓印方法(Tan,H.,Gilbertson,A.,Chou,S.Y.,1998.Roller nanoimprintlithography.J.Vac.Sci.Technol.B 16,3926)，該方法雖然因其連續(xù)、高效的生產(chǎn)方式和加工大面積微結(jié)構(gòu)的能力而受到廣泛的關(guān)注和研究，但是其中的回彈問題相比傳統(tǒng)的平壓方法更加明顯，主要原因在于連續(xù)輥壓過程中保壓時間短且難以在卸載前施加冷卻，而為了提高其復(fù)制精度，通常不得不降低輥壓速度。中國專利201110171743.1公開了一種粘彈熱觸發(fā)熱塑性聚合物超聲波壓印方法：首先，將模板加熱至熱塑性聚合物的Tg以上1～60℃；然后，將室溫下的聚合物基片放置在模板上并加載超聲振動，利用超聲振動觸發(fā)聚合物材料的粘彈性產(chǎn)熱，加速成形區(qū)內(nèi)材料的軟化和流動；最后，停止超聲振動并施加一定時間的保壓壓力，以防止聚合物的形變回復(fù)。該發(fā)明方法利用聚合物材料的粘彈性產(chǎn)熱特點縮短了加熱及充型時間，但是為了減小回彈仍然需要較長的保壓時間，對于熱壓印工藝加工效率的提高十分有限。

因此，現(xiàn)有的熱壓印工藝還需要進一步改進，尤其加工效率亟待進一步提高，而高效的減小聚合物形變回復(fù)的方法則成為提高熱壓印工藝加工效率的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種等離子體輔助的聚合物表面微結(jié)構(gòu)熱壓印方法。主要是克服現(xiàn)有熱壓印工藝中存在的由于聚合物回彈造成的加工效率較低的不足，提供一種利用粘附防止卸載過程中聚合物回彈的方法，降低實現(xiàn)高精度復(fù)制所需的壓印溫度，并有效減少保壓時間，可顯著縮短熱壓印工藝周期，同時，利用本發(fā)明可簡化加熱及冷卻流程，為熱壓印工藝加工效率的提高提供更多有效的途徑。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：一種等離子體輔助的聚合物表面微結(jié)構(gòu)熱壓印方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：