[發明專利]一種溶劑誘導的光響應聚合物表面微納結構的制備方法及應用

有效

• 申請號: 202010135620.1
• 申請日: 2020-03-02
• 公開（公告）號: CN111333023B
• 公開（公告）日: 2023-09-26
• 發明（設計）人: 于海峰;楊博聞;王文忠
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理有限公司 11360
• 代理人: 李稚婷

本發明公開了一種溶劑誘導的光響應聚合物表面微納結構的制備方法及應用。根據光響應聚合物受到較短波長光照Tsubgt;g/subgt;下降，而受到較長波長光照Tsubgt;g/subgt;回復的性質，利用具有光柵結構的光學掩膜版，通過光照在聚合物薄膜表面形成周期性的“反式?順式?反式?順式”異構排列結構，對應周期性的“高Tsubgt;g/subgt;?低Tsubgt;g/subgt;?高Tsubgt;g/subgt;?低Tsubgt;g/subgt;”排布；然后將薄膜在不良溶劑中浸泡或熏蒸，由于馬拉高尼效應及溶脹等溶劑化作用，薄膜發生質量遷移，形成表面起伏的微納結構。本發明不僅可以簡單方便地制備大面積的表面微納結構，還可以利用表面微納結構的潛伏和顯形兩階段特點實現防偽識別的應用效果。

技術領域

本發明涉及高分子材料的表面微納加工技術領域，具體涉及一種光響應聚合物的表面微納起伏結構的制備方法，該方法首次利用高分子材料在特定不良溶劑作用下的馬拉高尼質量遷移作用形成表面微納結構。

背景技術

光響應聚合物由于其優良的光響應性質得到了廣泛研究，其領域覆蓋了光開關防偽器件、光驅動器件、顯示、微納加工等。光響應聚合物中往往含有生色團，典型的有偶氮苯、二苯乙烯、席夫堿、螺吡喃等等。這些生色團可以發生光致異構化，具有可逆、快速、可設計的特點。分子級別的異構化能夠帶來宏觀的物理或化學性質變化，如顏色、相態、折射率、表面質量遷移等等，因此可以用于表面微納結構的制備。光響應聚合物的表面微納結構的傳統制備方法中，具有代表性的一種是全息刻錄的方法。它是將兩束相干的激光偏振光透射到偶氮苯衍生物的表面，形成干涉光場。由于質量遷移和大分子協同作用，偶氮苯衍生物的表面形成了與所施加的激光干涉光場相對應的表面起伏結構，即表面起伏光柵(SurfaceRefief?Gratings,SRGs)(Natansohn?A,et?al.Appl.Phys.Lett.,1995,66(2):136-138；Kumar?J,et?al.Appl.Phys.Lett.,1995,66(10):1166-1168；K?Ichimura.Chem.Rev.,2000,100,1847-1873；Natansohn?A,et?al.Chem.Rev.,2002,102,4139-4175)。全息刻錄和傳統的光刻加刻蝕制備光柵的方法相比，其步驟大大簡化，而且它制備得到的SRGs可以通過軟模板法的方式進行復制與轉移。作為衍射光柵器件，SRGs的應用領域非常廣泛，如分光光學元件、光存儲器件、防偽識別、化學或物理傳感器等等。

以偶氮苯聚合物的SRGs制備為例。偶氮苯聚合物是常用的光響應材料。對于具有較高玻璃化轉變溫度(T_g)的偶氮苯聚合物，SRGs的寫入可在室溫下進行，且SRGs的結構可以在室溫下長時間保持，而且可以再加熱至其T_g以上將SRGs擦除并重新寫入。基于這種激光寫入制備SRGs的方法已經比較成熟，如WO1998036298A1和EP1794236B1對含偶氮苯衍生物薄膜的SRGs和其他衍射光學元件的制備進行了詳盡的描述。US7943290B2更近一步地將基于偶氮苯衍生物的SRGs用于氮化物半導體發光元件的制備。國內的研究要晚于歐美，更多地集中在SRGs的大規模制備和結構優化等方面。如CN201310012735.1報道了一種制備SRGs的光刻機。SRGs的后處理可以提高SRGs的穩定性，CN201410108056.9提出了一種后交聯的途徑，這樣形成的SRGs熱穩定性和光穩定性得到了大幅提升。