[發(fā)明專利]一種基于無掩模光刻系統(tǒng)制備聚合物刷微圖案的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910831350.5
• 申請日: 2019-09-04
• 公開（公告）號: CN110655622B
• 公開（公告）日: 2023-05-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 沙金;趙海利;陳欣;馮路;楊潤哲;馬玉錄;謝林生
• 申請（專利權(quán)）人: 華東理工大學
• 主分類號: C08F292/00
• 分類號: C08F292/00;C08F220/30;C08F2/46
• 代理公司: 上海弼興律師事務(wù)所 31283
• 代理人: 薛琦;劉奉麗

本發(fā)明公開了一種于無掩模光刻系統(tǒng)制備聚合物刷微圖案的方法。其借由無掩模光刻系統(tǒng)的時空調(diào)制特性實現(xiàn)基體材料表面聚合反應過程的調(diào)控，以得到結(jié)構(gòu)可控的圖案化聚合物刷。本發(fā)明采用無掩模光刻系統(tǒng)的時空光調(diào)制特性，在聚合物刷制備過程中能夠?qū)ζ浠瘜W、物理結(jié)構(gòu)進行實時調(diào)控，以得到結(jié)構(gòu)可控的圖案化聚合物刷(例如各種復雜、多功能、可編程結(jié)構(gòu)的)，實現(xiàn)對聚合物刷嵌段結(jié)構(gòu)、厚度梯度特征及化學活性位點密度地控制，并能夠在任意基體材料表面便捷地實現(xiàn)多元復合聚合物刷微圖案。相比其他聚合物刷微圖案制備方法，本發(fā)明具有制備效率高、成本低、可制備結(jié)構(gòu)復雜的聚合物刷、聚合反應過程可控等優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于無掩模光刻系統(tǒng)制備聚合物刷微圖案的方法。

背景技術(shù)

聚合物刷是一種典型的界面聚合物鏈群組裝結(jié)構(gòu)，由材料表面或界面上化學鍵牢固鏈接的高度取向、高接枝密度、一定分子鏈長度的聚合物分子鏈構(gòu)成。通過控制聚合物刷在材料表界面二維平面分布和三維介觀結(jié)構(gòu)，即圖案化聚合物刷，可以在材料表界面不同區(qū)域按需實現(xiàn)具有差異化的多功能化特性。圖案化聚合物刷是材料表界面特性調(diào)控及實現(xiàn)多功能化的重要手段，其在界面潤滑、微電子、微流控、組織工程、生物芯片及傳感檢測方面有著極大的應用。圖案化聚合物刷的制備過程包含圖案化及聚合物刷合成兩個方面，通過控制材料表界面化學鍵鏈接引發(fā)官能團的二維平面分布，進而以表面引發(fā)聚合實現(xiàn)聚合物刷在表界面限定區(qū)域的生長。目前，引發(fā)官能團的圖案化通常采用掃描探針刻蝕、電子束刻蝕、微接觸壓印、掩模光刻、激光直寫及浸蘸筆納米加工等方法。其中，掃描探針刻蝕、電子束刻蝕及浸蘸筆納米加工方法能實現(xiàn)納米尺度的表面圖案特征，但受限于設(shè)備及圖案化原理在圖案化幅面尺寸上存在難度；微接觸壓印能夠?qū)崿F(xiàn)大幅面的納米-微米復合圖案特征，但受限于壓印過程中柔性模板與材料表界面接觸的不穩(wěn)定性，引發(fā)官能團附著穩(wěn)定性及均勻性較差；掩模光刻和激光直寫技術(shù)能夠在較大幅面實現(xiàn)納米尺寸的圖案特征，是目前技術(shù)最為成熟的圖案化方法，但相關(guān)操作工藝繁復，設(shè)備投入較大。聚合物刷的合成主要基于表面引發(fā)可控自由基聚合(CRP)或可控離子聚合(CIP)，通過材料表面化學鍵鏈接的引發(fā)官能團誘導反應單體聚合，從而得到具有優(yōu)異官能團耐受性的定義明確的聚合物刷分子結(jié)構(gòu)。

近年來，對表面聚合過程的附加控制已通過光、電等外部刺激調(diào)控聚合物刷鏈生長的方式實現(xiàn)。基于光的外部刺激具有來源廣泛，使用便捷及時間與空間可控的特性，光引發(fā)或光調(diào)控表面聚合方法制備聚合物刷微圖案方法得到廣泛的研究。通過在基體材料表面投影光束圖案(空間調(diào)制)并控制入射光強度，傳統(tǒng)掩模光刻系統(tǒng)能夠較有效地控制基體表面的光固化反應或光引發(fā)表面聚合反應得到具有明顯邊界地微圖案或微結(jié)構(gòu)。其不足在于掩模光刻系統(tǒng)對投影光束圖案缺乏實時地空間和時間調(diào)控手段，無法制備具有曲面、梯度等復雜三維微結(jié)構(gòu)。另一方面，隨著無掩模光刻技術(shù)的發(fā)展，通過計算機時空調(diào)制投影光束圖案、進而控制基體表面的光化學反應制備微圖案或微結(jié)構(gòu)已成為可能。US8415101B2提出利用基于數(shù)字微鏡裝置(DMD)的數(shù)字光學化學微鏡成像儀(Digital?optical?chemistrymicromirror?imager)得到投影光速圖案，控制基體表面的光引發(fā)氨基酸加成反應以制得到具有DNA微陣列結(jié)構(gòu)的探針芯片。US9645391B2也提出一種基于DMD像素控制投影光束圖案進行基體材料性能調(diào)控方法。相關(guān)工作僅利用了無掩模光刻技術(shù)的光空間調(diào)制能力，而無掩模光刻技術(shù)特有的光時空調(diào)制特性在基體表面微圖案或微結(jié)構(gòu)制備中的應用仍未見報道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實際解決的技術(shù)問題是克服了現(xiàn)有技術(shù)中聚合物刷微圖案制備過程控制困難的缺陷，提供了一種基于無掩模光刻系統(tǒng)制備聚合物刷微圖案的方法。本發(fā)明可以便捷、高效的實現(xiàn)具有三維結(jié)構(gòu)可控、組分空間分布可控特性的圖案化聚合物刷。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題。

本發(fā)明提供了一種基于無掩模光刻系統(tǒng)制備聚合物刷微圖案的方法，借由無掩模光刻系統(tǒng)的時空調(diào)制特性實現(xiàn)基體材料表面聚合反應過程的調(diào)控，以得到結(jié)構(gòu)可控的圖案化聚合物刷。