[發(fā)明專利]PDMS變周期環(huán)形微褶皺結(jié)構(gòu)的制備方法

在審

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• 申請日: 2017-11-28
• 公開（公告）號: CN107954392A
• 公開（公告）日: 2018-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 盛斌;李紅葉;彭麗娜;張翔;王良玉;黃元申;倪爭技
• 申請（專利權(quán)）人: 上海理工大學
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司31001
• 代理人: 吳寶根,王晶

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種光學及微加工技術(shù)，尤其是一種PDMS變周期環(huán)形微褶皺結(jié)構(gòu)的制備方法。

背景技術(shù)

褶皺現(xiàn)象在自然界、工業(yè)界和日常生活處處可見，比如地質(zhì)構(gòu)造中的褶皺、造紙工藝中的褶皺和人類皮膚上的褶皺等。在過去十幾年里對褶皺形成的理解有了很大的發(fā)展，最常用的模型是雙層膜，它是由一層軟的彈性體厚基底(如聚二甲基硅氧烷PDMS)和其表面沉積的硬薄膜層構(gòu)成。最常用的軟的彈性體基底為PDMS，形成褶皺的基本原理為在PDMS表面形成一層薄薄的類氧化硅層，然后釋放預(yù)拉伸應(yīng)力，由于類氧化硅層比PDMS具有更高的彈性模量和抗彎曲強度，PDMS襯底收縮恢復(fù)原狀，表層的類氧化硅層受到PDMS收縮壓力而形成表層褶皺結(jié)構(gòu)。

褶皺的一些特性吸引了大家利用自組裝構(gòu)造一系列不同表面圖案的極大興趣，而且形成的表面圖案可應(yīng)用于不同的領(lǐng)域，包括可調(diào)諧光學設(shè)備、響應(yīng)性微流控通道、微透鏡陣列、薄膜測量、可切換潤濕性和干燥附著力、柔性電子產(chǎn)品等。

褶皺的制備方法很多，根據(jù)誘導(dǎo)方式不同主要有以下三類：第一種，熱誘導(dǎo)方式。該體系多為雙層膜系統(tǒng)，利用兩種材料的熱膨脹系數(shù)不同，在升溫或降溫時使表層薄膜形成褶皺。由于膨脹和收縮時材料形變是各向同性的，所形成的褶皺圖案多為隨機分散排布的。第二種，溶脹誘導(dǎo)方式。就像長時間浸泡在水中的手指表皮會發(fā)生褶皺一樣，溶脹對于雙層膜體系提供了另一種產(chǎn)生褶皺的方法。利用兩種材質(zhì)在溶劑中體積膨脹系數(shù)不同，表面薄膜形成褶皺。第三種，機械力誘導(dǎo)方式。這是目前研究較多的方法，是在柔性聚合物表面制備硬質(zhì)薄膜材料，通過拉伸、擠壓、彎曲或者冷縮襯底，使其上的硬質(zhì)薄膜形成有序可控褶皺。低彈性模量的柔性材料，目前使用最多的是聚二甲基硅氧院，因為這種材料具有高彈性。但這種方式多為單軸拉伸方式，兩軸拉伸及多軸拉伸時，不易控制表面褶皺的規(guī)則有序性，并且通常形成的褶皺其周期是固定不變的。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，本發(fā)明提供了一種PDMS變周期環(huán)形微褶皺結(jié)構(gòu)的制備方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種PDMS變周期環(huán)形微褶皺結(jié)構(gòu)的制備方法，包括以下步驟：

1)制備PDMS軟膜

將PDMS預(yù)聚物和固化劑按10:1的比例混合，攪拌均勻后放置于真空干燥箱中，保持抽真空狀態(tài)直至液體無氣泡為止，然后將抽好真空的PDMS液體倒在玻璃基底表面，在100℃下加熱固化2小時，再將其冷卻，冷卻后將PDMS從玻璃基底上揭下來，然后剪裁成圓形PDMS備用；

2)對制作好的圓形PDMS軟膜進行拉伸

將圓形PDMS膜固定在具有圓形孔洞的夾具上，用預(yù)先特定角度的角錐頂推使其形成錐狀結(jié)構(gòu)；

3)對拉伸形成的錐狀PDMS膜進行光輻照射

將低壓汞燈固定于步進電機上，并置于錐狀PDMS膜的上端，使其距離錐狀PDMS膜頂部3mm-8mm，對錐狀PDMS膜均勻照射40min-160min；低壓汞燈采用185nm波長的光輻射產(chǎn)生臭氧，254nm波長的光輻射將臭氧解離成氧氣和氧原子，使得在PDMS膜表層形成類氧化硅硬膜；

4)對光輻照射后的錐狀PDMS膜釋放頂推力，使錐狀PDMS膜釋表面形成變周期環(huán)形微褶皺結(jié)構(gòu)，褶皺的周期范圍是50μm-160μm，并且形成的結(jié)構(gòu)為中心疏邊緣密的同心環(huán)形褶皺。

所述錐狀PDMS膜的圓環(huán)形微褶皺結(jié)構(gòu)所形成的褶皺的周期模型為：

其中h_f為表層形成的類氧化硅剛性層的厚度，ε_pre為預(yù)應(yīng)變，δ為形成褶皺的臨界應(yīng)變，E表示彈性模量，θ表示泊松比，角標s、f分別代表PDMS軟膜、表面形成的類氧化硅剛性層。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明通過角錐方式對PDMS膜進行多軸拉伸，使用低壓汞燈對其表面改性，實現(xiàn)表面微褶皺結(jié)構(gòu)的有序性，并且通過控制PDMS膜的不同位置與低壓汞燈的距離，最終實現(xiàn)變周期環(huán)形微褶皺結(jié)構(gòu)的目的。本發(fā)明提供的技術(shù)方案工藝流程簡單，制作成本低，周期短，可以用作菲涅爾透鏡和菲涅爾波帶片。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的PDMS變周期環(huán)形微褶皺結(jié)構(gòu)制備方法的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的PDMS變周期環(huán)形微褶皺結(jié)構(gòu)制備方法步驟三中使用結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明所制備的變周期環(huán)形微褶皺結(jié)構(gòu)的俯視圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖與實施對本發(fā)明作進一步說明。

一種PDMS變周期環(huán)形微褶皺結(jié)構(gòu)的制備方法，步驟如下：