[發(fā)明專利]一種微凹坑陣列結(jié)構(gòu)加工方法

有效

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• 申請日: 2017-12-20
• 公開（公告）號: CN108100989B
• 公開（公告）日: 2019-12-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭懷;鄒精龍;李操;劉潔
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00
• 代理公司: 42222 武漢科皓知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙)
• 代理人: 肖珍

本發(fā)明公開了一種微凹坑陣列結(jié)構(gòu)加工方法，本發(fā)明方法能夠加工獲得曲線形貌微凹坑陣列結(jié)構(gòu)。本發(fā)明加工方法具體包括如下步驟：步驟1，襯底上涂覆一層基體材料；步驟2，利用離子風(fēng)穿過帶通孔陣列的掩模作用于襯底上的基體材料，形成微凹坑陣列結(jié)構(gòu)；步驟3，固化襯底上的基體材料，成型所需形貌的微凹坑陣列結(jié)構(gòu)。本發(fā)明方法能夠低成本的實(shí)現(xiàn)不同材料、形貌和尺寸參數(shù)的凹坑陣列結(jié)構(gòu)加工。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微尺度結(jié)構(gòu)制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種微凹坑陣列結(jié)構(gòu)加工方法，特別是加工曲線形貌的微凹坑陣列。

背景技術(shù)

微凹坑陣列是指直徑和深度為微米或者納米尺度凹坑，其在生物細(xì)胞培養(yǎng)、生物實(shí)驗(yàn)、藥學(xué)實(shí)驗(yàn)以及電子器件中均有廣泛的應(yīng)用。

現(xiàn)有的微凹坑加工有如下方法：

化學(xué)溶劑刻蝕主要利用溶劑對刻蝕材料和刻蝕方向的選擇性來制造為圖形結(jié)構(gòu)。利用光學(xué)原理來的微加工技術(shù)主要是光學(xué)刻蝕、激光切割和光固化三種技術(shù)。以上的方法加工微凹坑結(jié)構(gòu)加工精度高，表面質(zhì)量好，微凹坑結(jié)構(gòu)形貌規(guī)則、尺寸一致性好，但是對材料的要求高，適用材料少，而且加工工藝復(fù)雜成本高。

目前是主要利用模具復(fù)制的原理來加工微凹坑結(jié)構(gòu)，其基本過程是利用化學(xué)或者光刻的方法制作模具，通過模具和聚合材料的接觸作用形成與模具結(jié)構(gòu)相同或者相反的形狀，如軟光刻法就是以光刻法制作母模，然后直接將聚合物材料注入母模穩(wěn)定后固化并脫模來制作微尺度凹坑結(jié)構(gòu)；熱壓法是將聚苯乙烯(PS)襯底和聚二甲基硅氧烷（PDMS）模具在真空中加熱至溫度剛剛高于PS的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，然后將PDMS模具壓入PS襯底，待PS冷卻至其溫度比其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度低35℃時(shí)，分離PS襯底和PDMS模具。微熱成形法將聚合物薄膜夾在模具（mold）上方，然后將聚合物材料加熱到玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上10℃左右，再利用適當(dāng)?shù)臍鈮鹤饔镁酆衔锉∧な蛊浔粔喝肽＞撸尚挝⒔Y(jié)構(gòu)，再冷卻至玻璃化轉(zhuǎn)變溫度下適當(dāng)溫度，脫模。這些方法對母模的復(fù)制精度高，模具加工復(fù)雜，而且要求母模具有很好化學(xué)惰性，不與聚合物材料發(fā)生反應(yīng)或黏結(jié)，加工工藝復(fù)雜，成本高，且難以加工曲線形貌的微凹坑結(jié)構(gòu)，脫模會對微結(jié)構(gòu)造成損傷。

也有人提出不用模具加工微凹坑的方法，如接觸式噴墨打印法，其裝備微針噴頭陣列，在涂覆雙組份聚合物層的襯底上接觸打印有機(jī)溶劑，這些打印的溶劑使襯底上的雙組份聚合物局部溶解形成凹坑，這一方法要求溶劑能夠溶解聚合物材料，對溶劑的選擇性要求很高，所以對有機(jī)溶劑的依賴性很強(qiáng)，適用范圍很局限。

綜上知，化學(xué)和光學(xué)原理的方法制造微凹坑結(jié)構(gòu)成本高，工藝復(fù)雜，難以加工曲線形貌的微凹坑結(jié)構(gòu)。而這些模具復(fù)制原理的方法所用模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工困難，且該原理均需要模具和聚合物材料接觸，才能形成微凹坑，無論如何考慮模具和聚合物材料之間的匹配性，脫模過程總會對微結(jié)構(gòu)造成一定的損傷。現(xiàn)有的不使用模具加工微凹坑的方法，則由于溶劑的依賴性太強(qiáng)，材料特性要求高，應(yīng)用受到極大限制。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種微凹坑陣列結(jié)構(gòu)加工方法，本發(fā)明方法無需昂貴的光刻設(shè)備和化學(xué)刻蝕溶劑，能夠解決光刻和化學(xué)刻蝕難以加工曲線形貌凹坑的問題、解決模具復(fù)制原理加工微凹坑脫模對微結(jié)構(gòu)造成損傷的問題以及降低對模具的要求。本發(fā)明方法能夠低成本的實(shí)現(xiàn)不同材料、形貌和尺寸參數(shù)的凹坑陣列結(jié)構(gòu)加工。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種微凹坑陣列結(jié)構(gòu)加工方法，具體包括如下步驟：

步驟1，襯底上涂覆一層基體材料；

步驟2，利用離子風(fēng)穿過帶通孔陣列的掩模作用于襯底上的基體材料，形成微凹坑陣列結(jié)構(gòu)；

步驟3，固化襯底上的基體材料，成型所需形貌的微凹坑陣列結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步的，上述微凹坑陣列結(jié)構(gòu)加工方法，具體包括如下步驟：