選區紫外臭氧處理結合溶劑溶脹的皺紋製備方法及其應用的製作方法
2023-05-06 06:36:36 2
專利名稱：選區紫外臭氧處理結合溶劑溶脹的皺紋製備方法及其應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及聚合物的微結構加工技術，具體涉及一種聚二甲基矽氧烷(PDMS)彈性體為基底的多層膜選區皺紋化的工藝方法。
背景技術：
隨著信息產業的發展和集成度的提高，起皺作為一種製備微米、亞微米尺度微圖案的技術不同於傳統刻蝕技術，具有簡單、快速、廉價的特點，因此製備大面積的皺紋圖案是當前國際上的研究熱點，也是現代圖案化技術的發展趨勢。皺紋圖案化有許多廣泛的應用，如傳感器和催化劑的載體、微電子器件中的低介電常數材料、藥物傳輸和緩釋材料等。在近幾年材料科學的研究領域中，利用聚合物材料可控合成微納米尺度的圖形結構是其中之一。就複合材料而言，典型的研究模型集中在軟彈性體厚基底(如聚二甲基矽氧烷(PDMS))和其表面沉積的硬薄膜層二者構成的軟硬複合體。其中，硬質薄膜層可以通過表面 改性，化學沉積與層層自組裝等方法製備。目前基於聚合物的微結構加工技術以加工方式可歸類為兩種途徑一種是自上而下方法，即通過光刻技術、納米壓印技術、軟印刷技術、掃描探針加工技術等，在特徵尺寸上將人類創造的功能產品微小化，這種方法均採用宏觀的加工手段或設備製備出具有特定功能的微觀結構，如大規模集成電路；另一種是自下而上方法，是指以原子(團)、分子(團)、分子鏈等為基本單元，根據人們的設計思路構築成具有特定功能的產品，這種方法通常是基於物理、化學等結構特性製備規則有序的微結構，比如自組裝技術。在平面的PDMS上通過表面改性，旋塗等方法構築多層薄膜，系統考察該軟/硬複合體被溶劑溶脹時薄膜表面皺紋結構及微圖案的形成成為近幾年材料領域的研究熱點之
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發明內容
針對上述現有技術，本發明提供一種選區紫外臭氧處理結合溶劑溶脹的皺紋製備方法，選用PDMS為基底，精細調控了 PDMS多層複合膜的表面形貌，避免了使用昂貴的材料及儀器和複雜的工藝條件。為了解決上述技術問題，本發明選區紫外臭氧處理結合溶劑溶脹的皺紋製備方法包括以下步驟(I)將PDMS預聚體與交聯劑按質量比10 I混合，倒入容器中用玻璃棒勻速攪拌30分鐘，形成預聚合物；(2)若混合好的預聚合物中有小氣泡，則通過循環水式多用真空泵脫氣1-2小時；(3)將脫氣後的預聚合物放入恆溫鼓風乾燥箱中，並在60攝氏度下固化6小時，SP得到TOMS膜；(4)將PDMS膜裁剪為IcmX Icm片材，將一銅網分別放在PDMS膜片材的表面，紫外臭氧處理30-40分鐘，使得TOMS膜片材表面處理層形成為SiOx硬質層；
(5)取下銅網，在SiOx硬質層表面旋塗質量分數為f 5%濃度的PVP氯仿溶液，循環水式多用真空泵抽真空除去多餘溶劑，抽真空時間設定為2小時，由此形成PDMS為基底，SiOx為中間層，PVP為表層的PDMS多層複合膜；(6)將PDMS多層複合膜置於一密閉容器中乙醇蒸汽誘導45小時，從而，PDMS多層複合膜表面上形成有微結構的選區皺紋圖案。本發明選區紫外臭氧處理結合溶劑溶脹的皺紋製備方法，其皺紋圖案的尺寸可控制在微米級別。由本發明選區紫外臭氧處理結合溶劑溶脹的皺紋製備方法製得的表面帶有微結構的選區皺紋圖案的PDMS多層複合膜可以應用在生物工程、浸潤性或微流控器件等方面。與現有技術相比，本發明的有益效果是聚二甲基矽氧烷(PDMS)價格低廉，具有良好好的彈性、透光性，在較寬的溫度範 圍內能夠保持其自然的柔韌性和彈性(抗壓縮形變)，無毒、易加工，是當前應用最多的微流控晶片材料之一。而PVP作為一種水溶性高分子化合物，具有水溶性高分子化合物的一般性質，膠體保護作用、成膜性、粘結性、吸溼性、增溶或凝聚作用最具特色，因而受到人們重視的是其優異的溶解性能及生理相容性。本發明以PDMS為基底，通過不同規格(尺寸和形狀)銅網的覆蓋進行選擇性紫外臭氧處理，然後旋塗PVP氯仿溶液，形成了以聚二甲基矽氧烷(PDMS)為基底，SiOx為中間層，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)為表層的多層膜體系，再用乙醇蒸汽處理得到的複合膜，通過溶劑溶脹處理形成帶有微結構的選區皺紋。本發明製備方法具有快速，簡便的特點，避免了使用昂貴的材料、複雜的儀器和苛刻的工藝條件，且具有良好的重複性，可以調控多層膜體系表面形貌，可大面積實現多層膜表面皺紋化的製備以及高級結構的形成。製備的褶皺形貌具有選區特點，尺寸為微米級別，本發明製備的多層膜表面形貌作為新穎的結構可以在製備微流控器件，及在生物工程、組織工程和浸潤性等方面具有很大的應用價值。
圖I為本發明實施例I製備的PDMS多層複合膜選區皺紋結構的光學顯微鏡圖片；圖2為本發明實施例2製備的PDMS多層複合膜選區皺紋結構的光學顯微鏡圖片；圖3為本發明實施例3製備的PDMS多層複合膜選區皺紋結構的光學顯微鏡圖片；圖4為本發明實施例4製備的PDMS多層複合膜選區皺紋結構的光學顯微鏡圖片。
具體實施例方式以下通過實施例講述本發明的詳細過程，提供實施例是為了理解的方便，絕不是限制本發明。實施例I :步驟(I)、將PDMS預聚體與交聯劑按質量比10 I混合，倒入50毫升離心管中，用玻璃棒勻速攪拌30分鐘，使其充分混合形成預聚合物；步驟(2)、混合好的預聚合物中有小氣泡，通過循環水式多用真空泵脫氣I. 5小時；
步驟(3)、將脫氣完成後的預聚合物放入恆溫鼓風乾燥箱，並在60攝氏度下固化6小時，即得至IJ PDMS膜；步驟(4)、將固化好的PDMS膜剪切成IcmX Icm的片材，將一 50目四方形網眼結構的銅網放在該PDMS膜表面，紫外臭氧處理30分鐘，使得PDMS膜片材表面處理層形成為SiOx硬質層；步驟(5)、取下銅網，在SiOx硬質層表面旋塗質量分數為1%的PVP氯仿溶液，通過循環水式多用真空泵除去多餘氯仿溶劑，抽真空時間設定為2小時，由此形成PDMS為基底，SiOx為中間層，PVP為表層的PDMS多層複合膜；步驟(6)、將PDMS多層複合膜置於一密閉容器中，乙醇蒸汽溶脹45小時後得到選區皺紋，從而，PDMS多層複合膜表面上形成有微結構的選區皺紋圖案，其形貌如圖I所示。實施例2
步驟(I)、將PDMS預聚體與交聯劑按質量比10 I混合，倒入50毫升離心管中，用玻璃棒勻速攪拌30分鐘，使其充分混合形成預聚合物；步驟(2)、混合好的預聚合物中有小氣泡，通過循環水式多用真空泵脫氣2小時；步驟(3)、將脫氣完成後的預聚合物放入恆溫鼓風乾燥箱，並在60攝氏度下固化6小時，即得至IJ PDMS膜；步驟(4)、將固化好的PDMS膜剪切成IcmX Icm的片材，將一 50目四方形網眼結構的銅網放在該PDMS膜表面，紫外臭氧處理35分鐘，使得PDMS膜片材表面處理層形成為SiOx硬質層；步驟(5)、取下銅網，在SiOx硬質層表面旋塗質量分數為3%的PVP氯仿溶液，通過循環水式多用真空泵除去多餘氯仿溶劑，抽真空時間設定為2小時，由此形成PDMS為基底，SiOx為中間層，PVP為表層的PDMS多層複合膜；步驟(6)、將PDMS多層複合膜置於一密閉容器中，乙醇蒸汽溶脹45小時後得到選區皺紋，從而，PDMS多層複合膜表面上形成有微結構的選區皺紋圖案，其形貌見圖2。實施例3 步驟(I)、將PDMS預聚體與交聯劑按質量比10 I混合，倒入50毫升離心管中，用玻璃棒勻速攪拌30分鐘，使其充分混合形成預聚合物；步驟(2)、混合好的預聚合物中有小氣泡，通過循環水式多用真空泵脫氣I小時；步驟(3)、將脫氣完成後的預聚合物放入恆溫鼓風乾燥箱，並在60攝氏度下固化6小時，即得至IJ PDMS膜；步驟(4)、將固化好的PDMS膜剪切成IcmX Icm的片材，將一 50目四方形網眼結構的銅網放在該PDMS膜表面，紫外臭氧處理40分鐘，使得PDMS膜片材表面處理層形成為SiOx硬質層；步驟(5)、取下銅網，在SiOx硬質層表面旋塗質量分數為5%的PVP氯仿溶液，通過循環水式多用真空泵除去多餘氯仿溶劑，抽真空時間設定為2小時，由此形成PDMS為基底，SiOx為中間層，PVP為表層的PDMS多層複合膜；步驟(6)、將PDMS多層複合膜置於一密閉容器中，乙醇蒸汽溶脹45小時後得到選區皺紋，從而，PDMS多層複合膜表面上形成有微結構的選區皺紋圖案，其形貌見圖3。實施例4
步驟(I)、將PDMS預聚體與交聯劑按質量比10 I混合，倒入50毫升離心管中，用玻璃棒勻速攪拌30分鐘，使其充分混合形成預聚合物；步驟(2)、混合好的預聚合物中有小氣泡，通過循環水式多用真空泵脫氣2小時；步驟(3)、將脫氣完成後的預聚合物放入恆溫鼓風乾燥箱，並在60攝氏度下固化6小時，即得至IJ PDMS膜；步驟(4)、將固化好的PDMS膜剪切成IcmX Icm的片材，將一 50目正六邊形網眼結構的銅網放在該PDMS膜表面，紫外臭氧處理30分鐘，使得PDMS膜片材表面處理層形成為SiOx硬質層；步驟(5)、取下銅網，在SiOx硬質層表面旋塗質量分數為5%的PVP氯仿溶液，通過循環水式多用真空泵除去多餘氯仿溶劑，抽真空時間設定為2小時，由此形成PDMS為基底， SiOx為中間層，PVP為表層的PDMS多層複合膜；
步驟(6)、將PDMS多層複合膜置於一密閉容器中，乙醇蒸汽溶脹45小時後得到選區皺紋，從而，PDMS多層複合膜表面上形成有微結構的選區皺紋圖案，其形貌見圖4。圖I、圖2、圖3和圖4所示的由本發明製備方法獲得的PDMS多層複合膜選區皺紋結構，其尺寸均控制在微米級。本發明中所採用的銅網目數和網眼形狀有多種選擇，銅網的目數可以選擇50目、100目、300目和1000目中的一種，銅網網眼的形狀可以選擇長方形、正方形、正六邊形和圓形中的一種。銅網目數的不同對於選區皺紋圖案的形貌影響主要是皺紋產生的位置及形狀，例如隨銅網目數的增加，產生皺紋的區域由紫外曝光區變為非曝光區等。儘管上面結合圖對本發明進行了描述，但是本發明並不局限於上述的具體實施方式
，上述的具體實施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨的情況下，還可以作出很多變形，這些均屬於本發明的保護之內。
權利要求
1.一種選區紫外臭氧處理結合溶劑溶脹的皺紋製備方法，包括以下步驟 (1)將PDMS預聚體與交聯劑按質量比10 I混合，倒入容器中用玻璃棒勻速攪拌30分鐘，形成預聚合物； (2)若混合好的預聚合物中有小氣泡，則通過循環水式多用真空泵脫氣1-2小時； (3)將脫氣後的預聚合物放入恆溫鼓風乾燥箱中，並在60攝氏度下固化6小時，即得到PDMS 膜； (4)將PDMS膜裁剪為IcmXIcm片材，將一銅網放在PDMS膜片材的表面，紫外臭氧處理30-40分鐘，使得PDMS膜片材表面處理層形成為SiOx硬質層； (5)取下銅網，在SiOx硬質層表面旋塗質量分數為f5%濃度的PVP氯仿溶液，循環水式多用真空泵抽真空除去多餘溶劑，抽真空時間設定為2小時，由此形成PDMS為基底，SiOx為中間層，PVP為表層的PDMS多層複合膜； (6)將PDMS多層複合膜置於一密閉容器中乙醇蒸汽誘導45小時，從而，PDMS多層複合膜表面上形成有微結構的選區皺紋圖案。
2.根據權利要求I所述選區紫外臭氧處理結合溶劑溶脹的皺紋製備方法，其特徵在於 銅網的目數選擇50目、100目、300目和1000目中的一種，銅網網眼的形狀選擇長方形、正方形、正六邊形和圓形中的一種。
3.根據權利要求I所述選區紫外臭氧處理結合溶劑溶脹的皺紋製備方法，其特徵在於，皺紋圖案的尺寸為微米級別。
4.一種表面帶有微結構的選區皺紋圖案的PDMS多層複合膜在生物工程、浸潤性或微流控器件的應用。
全文摘要
本發明公開了一種選區紫外臭氧處理結合溶劑溶脹的皺紋製備方法，包括以下步驟將PDMS預聚體與交聯劑按質量比10∶1混合後攪拌30min，真空泵脫氣1-2h後於60℃下固化6h得到PDMS膜；以銅網為掩膜選區紫外臭氧處理30-40min，使其表面選區形成SiOx硬層；取下銅網，在膜表面旋塗質量分數為1~5%的PVP氯仿溶液，形成PDMS為基底，SiOx為中間層，PVP為表層的多層複合膜；將多層複合膜置於密閉容器中乙醇蒸汽誘導45h，多層複合膜表面上形成有微結構的選區皺紋圖案。本發明可精細調控PDMS多層複合膜的表面形貌，避免了使用昂貴的材料和複雜的工藝條件。
文檔編號B81C99/00GK102795595SQ20121024333
公開日2012年11月28日 申請日期2012年7月13日 優先權日2012年7月13日
發明者魯從華, 郭慧 申請人:天津大學