[0001] 本发明涉及材料微纳加工技术领域， 尤其涉及一种利用室温转移压印技术图案 化热塑性聚合物的方法。

背景技术

[0002] 图案化的功能材料在电子学、 光学、 仿生学、 能源等领域的应用日益广泛， 到 目前为止， 有多种技术可以实现材料表面图案化， 例如， 光刻技术、 纳米压印 、 扫描探针技术、 界面组装技术等。

[0003] 通常热塑性聚合物的图案化是通过纳米压印方 法实现的。 传统的纳米压印也就 是热压印， 是在基底上旋涂一层具有热塑性的聚合物材料 ， 如聚甲基丙烯酸甲 酯、 聚苯乙烯等， 加热到玻璃转化温度 （T _g ) 以上后通过机械加压使聚合物填 充进模板空腔； 再冷却到 T _g 以下脱模即可得到图案化的材料。 CN105487151A报 道了一种基于纳米压印的图形转移制备光栅的 方法； CN105619774A报道了一种 基于热压印的超疏水材料的制备方法。 但这些方法只适用于热塑性较好的材料 ， 需要高温高压， 耗能较高， 吋间周期较长， 不利于批量生产的进行； 并且高 温环境限制了在聚合物基底表面图案化热塑性 材料； 同吋由于热塑性材料是通 过旋涂附着在平面基底上， 但该过程很难在曲面等非平整的基底上实现， 影响 后续的压印。

技术问题

[0004] 本发明目的是为了克服传统热塑性聚合物图案 化过程中高温高压、 耗吋长及设 备昂贵的缺点， 提供一种室温条件下高效图案化热塑性聚合物 的方法。 实现热 塑性聚合物常温、 常压、 快速的图案化， 适用于软基底、 硬基底、 平面基底及 曲面基底， 利于该方法的推广。

问题的解决方案

技术解决方案

[0005] 按照本发明提供的技术方案， 所述的一种利用室温转移压印技术图案化热塑 性 聚合物的方法， 其特征是， 包括以下步骤：

[0006] (1) 首先通过超声和加热， 将热塑性聚合物固体溶解到溶剂中， 溶剂的选择 遵循相似相容的极性原则， 得到热塑性聚合物溶液；

[0007] (2) 然后在凸凹结构的软模板表面旋涂或喷涂热塑 性聚合物溶液， 待溶剂挥 发完毕， 得到表面附有热塑性聚合物的软模板；

[0008] (3) 然后过氧等离子体或紫外臭氧处理， 使得步骤 （2) 中软模板上的热塑性 聚合物表面产生大量羟基， 从而达到亲水效果；

[0009] (4) 最后在室温下将经过步骤 （3) 处理后的表面附有热塑性聚合物的软模板 与亲水基底接触， 热塑性聚合物表面的羟基与基底表面的羟基发 生氢键作用， 经过 5 ~ 600 s后， 将软模板从基底表面分离幵， 软模板表面的热塑性聚合物转移 到基底表面。

[0010] 进一步的， 步骤 （1) 中的热塑性聚合物包括聚甲基丙烯酸甲酯、 聚苯乙烯、 聚氨酯、 聚乙烯、 聚丙烯、 聚氯乙烯、 聚二丁烯、 聚乙烯醇、 聚苯乙烯-丁二烯 共聚物、 聚对苯乙烯-聚氧化乙烯共聚物、 ABS树脂、 聚丙烯酰胺、 聚环氧乙烷

[0011] 进一步的， 步骤 （2) 、 (3) 及 （4) 中的软模板包括聚二甲基硅氧烷模板、 三元乙丙橡胶模板、 全氟聚醚模板、 聚氨酯丙烯酸酯模板。

[0012] 进一步的， 步骤 （4) 中的基底包括平面及曲面的硅片、 氧化硅片、 砷化镓片 、 石英片、 导电玻璃片、 聚合物片。

[0013] 进一步的， 步骤 （4) 中的亲水基底是通过氧等离子体、 紫外臭氧或亲水溶液 处理基底而得到的。

[0014] 进一步的， 步骤 （4) 中溶液处理亲水方法是将基底放在氨水和双氧 水的混合 水溶液中， 或将基底放在浓硫酸和双氧水的混合溶液中， 在 50 ~ 90 °C加热条件 下进行处理。

[0015] 进一步的， 步骤 （4) 中的室温为 0 ~ 40 °C。

发明的有益效果

有益效果

[0016] 本发明具有以下优越性： [0017] (1) 热塑性聚合物在常温常压下进行图案化， 避免了高温高压耗能的过程； [0018] (2) 热塑性聚合物图案化过程中无需价格高昂的设 备， 耗吋短， 提高图案化 效率；

[0019] (3) 可以实现热塑性聚合物在平面基底、 曲面基底、 硬基底及软基底表面的 图案化。

对附图的简要说明

附图说明

[0020] 图 1为一种利用室温转移压印技术图案化热塑性� �合物的工艺示意图；

[0021] 图 2为实施例 1中得到的聚甲基丙烯酸甲酯条带的原子力显� �镜照片；

[0022] 图 3为实施例 2中在毛细管外壁表面上得到的聚甲基丙烯酸� �酯条带的显微镜图 片， 其中插图为放大图。

本发明的实施方式

[0023] 实施例 1

[0024] 步骤一： 热塑性聚合物的溶解

[0025] 将聚甲基丙烯酸甲酯 （PMMA) 固体超声加热溶解到丙酮溶液中， 配制成质量 浓度为 2.5%的 PMMA溶液。

[0026] 步骤二： 软模板的制备

[0027] 称取聚二甲基硅氧烷 （PDMS) 的预聚体和引发剂， 质量比为 10: 1， 搅拌混合

； 然后浇铸在条带宽度为 3 μηι、 间距为 Ι μηι的硅模板上， 在 60 °C的环境下固化

； 固化后将 PDMS与硅模板分离， 即得到 PDMS软模板。

[0028] 步骤三： 在软模板表面旋涂热塑性聚合物

[0029] 在旋转速度为 4000 rpm、 旋转吋间为 30

s的条件下， 将 PMMA溶液旋涂在 PDMS软模板表面， 得到表面附有 PMMA的 PD

MS软模板。

[0030] 步骤四： 软模板表面热塑性聚合物的亲水

[0031] 用氧等离子体处理 PDMS表面的 PMMA, 保证 PMMA表面亲水， 其条件为： 氧 气流量是 lOO m!Jmin, 功率为 45 W， 吋间为 30 s。 [0032] 步骤五： 基底的亲水处理

[0033] 采用溶液法对硅基底进行亲水， 具体是将硅片放在体积比为 7: 3的浓硫酸和双 氧水的混合溶液， 在 90 °C加热 2 h。 取出后蒸馏水冲洗， 氮气吹干待用。

[0034] 步骤六： 聚合物转移到基底表面

[0035] 在室温下， 将步骤四中得到的表面附有亲水 PMMA的 PDMS软模板与步骤五中 得到的亲水硅片基底接触， 经过 60

s后， 将 PDMS从硅片基底表面分离幵， PDMS表面的 PMMA转移到基底表面。

[0036] 实施例 2

[0037] 步骤一： 热塑性聚合物的溶解

[0038] 将聚甲基丙烯酸甲酯 （PMMA) 固体超声加热溶解到丙酮溶液中， 配制成质量 浓度为 2.5%的 PMMA溶液。

[0039] 步骤二： 软模板的制备

[0040] 称取聚二甲基硅氧烷 （PDMS) 的预聚体和引发剂， 质量比为 10: 1， 搅拌混合

； 然后浇铸在条带宽度为 3 μηι、 间距为 Ι μηι的硅模板上， 在 60 °C的环境下固化

； 固化后将 PDMS与硅模板分离， 即得到 PDMS软模板。

[0041] 步骤三： 在软模板表面旋涂热塑性聚合物

[0042] 在旋转速度为 4000 rpm、 旋转吋间为 30

s的条件下， 将 PMMA溶液旋涂在 PDMS软模板表面， 得到表面附有 PMMA的 PD

MS软模板。

[0043] 步骤四： 软模板表面热塑性聚合物的亲水

[0044] 用氧等离子体处理 PDMS表面的 PMMA, 保证 PMMA表面亲水， 其条件为： 氧 气流量是 lOO m!Jmin, 功率为 45 W， 吋间为 30 s。

[0045] 步骤五： 基底的亲水处理

[0046] 采用溶液法对直径为 10mm毛细管外壁进行亲水， 具体是将毛细管放在体积比 为 7: 3的浓硫酸和双氧水的混合溶液， 在 90 °C加热 2 h。 取出后蒸馏水冲洗， 氮 气吹干待用。

[0047] 步骤六： 聚合物转移到基底表面

[0048] 在室温下， 将步骤四中得到的表面附有亲水 PMMA的 PDMS软模板与步骤五中 得到的亲水毛细管外壁接触， 经过 200

s后， 将 PDMS从毛细管外壁表面分离幵， PDMS表面的 PMMA转移到毛细管外壁 表面上。

[0049] 实施例 3

[0050] 步骤一： 热塑性聚合物的溶解

[0051] 将聚苯乙烯 （PS) 固体超声加热溶解到丙酮溶液中， 配制成质量浓度为 2%的 P s溶液。

[0052] 步骤二： 软模板的制备

[0053] 称取聚二甲基硅氧烷 （PDMS) 的预聚体和引发剂， 质量比为 10: 1， 搅拌混合 ； 然后浇铸在条带宽度为 1 μηι、 间距为 Ι μηι的硅模板上， 在 60 °C的环境下固化 ； 固化后将 PDMS与硅模板分离， 即得到 PDMS软模板。

[0054] 步骤三： 在软模板表面旋涂热塑性聚合物

[0055] 在旋转速度为 6000 rpm、 旋转吋间为 60 s的条件下， 将 PS溶液旋涂在 PDMS软 模板表面， 得到表面附有 PS的 PDMS软模板。

[0056] 步骤四： 软模板表面热塑性聚合物的亲水

[0057] 用氧等离子体处理 PDMS表面的 PS， 保证 PMMA表面亲水， 其条件为： 氧气流 量是 lOO m!Jmin, 功率为 45 W， 吋间为 30 s。

[0058] 步骤五： 基底的亲水处理

[0059] 采用溶液法对硅基底进行亲水， 具体是将硅片放在体积比为 7: 3的浓硫酸和双 氧水的混合溶液， 在 90 °C加热 2 h。 取出后蒸馏水冲洗， 氮气吹干待用。

[0060] 步骤六： 聚合物转移到基底表面

[0061] 在室温下， 将步骤四中得到的表面附有亲水 PS的 PDMS软模板与步骤五中得到 的亲水硅片基底接触， 经过 30 s后， 将 PDMS从硅片基底表面分离幵， PDMS表 面的 PS转移到基底表面。

[0062] 实施例 4

[0063] 步骤一： 热塑性聚合物的溶解

[0064] 将聚甲基丙烯酸甲酯 （PMMA) 固体超声加热溶解到丙酮溶液中， 配制成质量 浓度为 3%的 PMMA溶液。 [0065] 步骤二： 软模板的制备

[0066] 称取聚二甲基硅氧烷 （PDMS) 的预聚体和引发剂， 质量比为 10: 1， 搅拌混合

； 然后浇铸在方格宽度为 1 μηι、 间距为 Ι μηι的硅模板上， 在 60 °C的环境下固化

； 固化后将 PDMS与硅模板分离， 即得到 PDMS软模板。

[0067] 步骤三： 在软模板表面旋涂热塑性聚合物

[0068] 在旋转速度为 3000 rpm、 旋转吋间为 60

s的条件下， 将 PMMA溶液旋涂在 PDMS软模板表面， 得到表面附有 PMMA的 PD

MS软模板。

[0069] 步骤四： 软模板表面热塑性聚合物的亲水

[0070] 用氧等离子体处理 PDMS表面的 PMMA, 保证 PMMA表面亲水， 其条件为： 氧 气流量是 lOO m!Jmin, 功率为 45 W， 吋间为 30 s。

[0071] 步骤五： 基底的亲水处理

[0072] 采用溶液法对导电玻璃基底进行亲水， 具体是将导电玻璃基底放在体积比为 7 ： 3的浓硫酸和双氧水的混合溶液， 在 90 °C加热 2 h。 取出后蒸馏水冲洗， 氮气吹 干待用。

[0073] 步骤六： 聚合物转移到基底表面

[0074] 在室温下， 将步骤四中得到的表面附有亲水 PMMA的 PDMS软模板与步骤五中 得到的亲水导电玻璃基底接触， 经过 5 s后， 将 PDMS从导电玻璃基底表面分离幵 ， PDMS表面的 PMMA转移到基底表面。

[0075] 以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明 所作的进一步详细说明， 不能认 定本发明的具体实施只局限于这些说明。 对于本发明所属技术领域的人员来说 ， 在不脱离本发明构思的前提下， 还可做出很多简单推演或替换， 都应当视为 属于本发明的保护范围。