[發明專利]一種微孔內材料固液換流裝置及方法

在審

• 申請號: 202110581806.4
• 申請日: 2021-05-24
• 公開（公告）號: CN113372502A
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發明（設計）人: 牛萬灝;陳小明;王春江;王碩邦;邵金友;徐超凡;李祥明;陳小亮
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C08F271/02
• 分類號: C08F271/02;C08F220/54;C08F220/14;C08F2/48;B33Y80/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 弋才富

一種微孔內材料固液換流裝置及方法，(1)制備所需二維的光刻微溝道模具、三維結構的可溶性樹脂模具或PDMS模具；(2)使用模具完成微孔結構的成型；(3)定性分析二維、三維模具表面屬性及使用的溶解液屬性，進行界面及環境調控，PDMS模具不需要調控；(4)將模具置于強制對流裝置內；(5)啟動強制對流裝置，待過濾室內溶液中可溶性材料濃度下降至設置閾值時停止工作，完成微孔內的固液換流。根據微孔內固液界面屬性、固液換流環境進行調控，設計一套高效率的強制對流裝置，以解決微孔結構內材料溶解困難、典型微納加工結構件溶解質量受結構開敞性與溶解面制約、三維微孔結構中的可溶性光敏樹脂溶解效率低、溶解速率慢等問題。

技術領域

本發明適用于微納制造技術和微納加工工藝領域，特別涉及一種微孔內材料固液換流裝置及方法，具體為通過界面調控、環境調控及強制對流的工藝對微孔內材料進行固液換流，同時提供一種能夠實現強制固液換流的裝置，以實現微孔內材料的高效率、高質量固液換流。

背景技術

近年來，隨著微納制造工藝的蓬勃發展，微型結構化器件的成型方法逐漸多元化，例如面曝光立體微光刻等技術不但促成了微型器件的結構可設計化也進一步提高了結構化器件的成型精度。但由于此類技術對材料及加工環境的要求過高導致絕大部分材料依然無法高精度結構化成型，因而翻模成型工藝在微尺度方向得到了較大的拓展和應用。

翻模成型優勢明顯，它能大大拓展了材料的選擇范圍并且可以一體化成型，制得的構件較正向加工工藝缺陷少，質量大幅提升，另外，它還具有加工效率高，經濟性好等特點。應用在微納加工領域的翻模成型工藝依然存在著其傳統情況下的問題，如在灌注過程中的氣壓作用導致液態材料無法順利灌入微孔狀模具等。因而在微納領域的翻模加工方面，微孔灌注、微孔填充技術一直以來都是影響加工質量的重要因素。在器件翻模過程中，微孔內材料的灌注質量與灌注效率直接決定了成型結構是否帶有缺陷及成型成本。例如，在灌注過程中若存在空氣或者其他雜質的混入，成型結構將出現明顯的縮松或斷裂，嚴重影響成型質量。基于此，電子科技大學的Wei He等人采用多物理耦合技術研究了高密度互連印刷電路板制造中的微孔填充工藝，采用SPS(雙(鈉-硫丙基)-二硫化物)、EO/PO(環氧乙烷和環氧丙烯嵌段共聚物)和pepi(聚乙烯氧化物-聚酰亞胺)進行微孔填充，但其材料可選擇性差依舊是制約其進一步發展的重要因素。斯坦福大學的Clementine M等人通過光刻刻蝕技術，在PU基質中構建所需圖案的溝道，并嵌入導電碳納米管構成電極，由此制得了一種柔性電子皮膚。但PU基質溶解成本高、速度慢等問題極大地影響了此類柔性電子皮膚的發展；北京大學的Yu Song等人將PDMS復合材料通過真空泵輸送及毛細管力滲透，灌注至糖方的多孔結構中，并將方糖于熱水中溶解，制備而得多孔的PDMS海綿，但在方糖溶解過程中存在灌注精度低，溶解速率慢等問題；除了隨機三維結構中可溶性材料溶解的問題，加州大學的Kanguk Kim等人使用BTO等材料直接數字立體光刻成型三維結構，但由于BTO對紫外光的吸收導致摻雜BTO的光敏材料立體光刻精度不高，效率低下，因而選擇成型包含BTO結構的反結構模具，再通過翻模的方式得到所需結構，但結構化的可溶性樹脂模具在微孔型腔內與溶解液接觸面小、溶解速率低、難以完全溶解等問題一直制約著這一方法的發展。總而言之，微孔結構內固液材料的換流方法依然存在著溶解成本高、溶解速率慢、溶解不完全、可溶性材料與溶解液無法充分接觸等缺陷與不足，這導致微孔結構的成型質量難以保證，成本也較為昂貴，有待進一本優化改進。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種微孔內材料固液換流裝置及方法，根據微孔內固液界面屬性、固液換流環境進行調控，設計一套高效率的強制對流裝置，解決微孔結構內材料溶解困難、典型微納加工結構件溶解質量受結構開敞性與溶解面制約、三維微孔結構中的可溶性光敏樹脂溶解效率低、溶解速率慢等問題，提高基于翻模制造方法的微柱結構的質量，降低其成型成本。

為了實現上述目的，本發明提供的具體方案為：