专利名称：纳米级微孔模具的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种微孔模具的制造方法，尤其涉及一种纳米级微孔模具的 制造方法。
背景技术：
随着量子物理和量子化学的完善以及世界纳米技术的研究和进步，构造 物质的基本模块可以达到单个原子的水平，原子可以按照一定的路径组装成 纳米级的材料，这种类型的制造称为纳米制造。现今模具制造向大型和超精微加工两方面发展在大型加工方面，例如制造汽车、飞机用大型整体壁板 的扁挤压模具，已经形成比较成熟的制造工艺；而在超精微加工方面，纳米 产品需求成几何级上升，如何应用先进的纳米制造技术于模具制造，使得超 精微加工形成产业化并与全球模具先进技术同步是模具行业的发展趋势。理论上，纳米技术可广泛应用于加工方面。目前已经提出基于纳米组装 的纳米加工方式，以实现纳米产品自动化、产业化。这种加工方式设想按照 产品的形状进行分子排列，从而实现无模生产方式。然而，该方法实际上并 不可行，因为目前对分子的排列采用的主要是扫描隧道显微镜(Scanning Tunnelling Microscopy, STM)或原子力显微镜(Atomic Force Microscopy, AFM)，其操作精细，成本太高，难以实现大规模制造纳米产品。因此，确有必要提供一种适用于大规模制造纳米产品的纳米级微孔模具 的制造方法。发明内容以下，将以若干实施例说明 一种适用于大规模制造纳米产品的纳米级微 孔模具的制造方法。一种纳米级微孔模具的制造方法，其包括以下步骤提供多个碳纳米管； 在所述多个碳纳米管至少一末端形成一保护层；向所述形成有保护层的碳纳 米管中注入基体溶液或熔融液，并使其固化；除去保护层，形成碳纳米管和
基体的复合结构；以及去除碳纳米管，形成纳米级微孔模具。
该多个碳纳米管为采用化学气相沉积法、等离子辅助化学气相沉积法或 等离子辅助热丝化学气相沉积法制得的碳纳米管阵列。 该碳纳米管阵列形成于 一衬底上。
该保护层的形成进一步包括以下步骤提供一形成有压敏胶层的承载基 底；将形成有压敏胶层的一面压在碳纳米管阵列远离衬底的末端形成一保护 层，而碳纳米管阵列的衬底本身作为另一保护层。
该保护层的形成进一步包括以下步骤提供一形成有压敏胶层的承载基 底；将形成有压敏胶层的一面压在碳纳米管阵列远离衬底的末端形成一保护 层；将衬底揭去；提供另一形成有压敏胶层的承载基底，并将该另一压敏胶 层压在碳纳米管阵列揭去衬底的 一端形成另 一保护层。
该承栽基底为一聚酯片。
该保护层的厚度为0.05毫米。
在向所述形成有保护层的碳纳米管中注入基体溶液或熔融液前，进一步 包括一预先抽真空的步骤。
所述保护层的去除方法包括以下步骤揭去承栽基底，用二曱苯、乙酸 乙脂或石油醚溶解去除压敏胶。
所述碳纳米管可采用强酸性或强氧化性的溶剂腐蚀去除，形成纳米级微
孔模具。
所述碳纳米管的去除进一步包括以下步骤采用质量百分比浓度比为 3:1的浓石充酸与浓硝酸的混合溶液，在环境温度60摄氏度时回流于上述碳纳 米管和基体的复合结构约30分钟至2小时，利用强酸溶剂的腐蚀作用去除 碳纳米管。
该基体材料为聚四氟乙烯、硅橡胶、聚酯、聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚乙 晞、聚丙烯、环氧树脂、聚碳酸酯、聚曱醛或聚缩醛。
相较于现有技术，所述的纳米级微孔模具的制造方法制程简单，操作容 易，成本低，易于大规模实际应用。
图1为本发明实施例纳米级微孔模具的制造方法的流程示意图。
图2为本发明实施例纳米级微孔模具的结构示意图。 图3为本发明实施例纳米级微孔模具的应用示意图。
具体实施例方式
下面将结合附图对本发明作进一 步的详细说明。
请参阅图1，本发明实施例纳米级微孔模具10的制造方法主要包括以 下几个步骤
(一) 提供多个碳纳米管14。
本实施例中多个碳纳米管14可选择为多壁或单壁碳纳米管阵列，其可 采用化学气相沉积法、等离子辅助化学气相沉积法或等离子辅助热丝化学气 相沉积法制得，因而，多个碳纳米管14通常形成于衬底12上，且该衬底12 可轻易揭掉，而不影响碳纳米管的阵列性。
本实施例碳纳米管阵列生长方法包括首先在一硅衬底12表面涂覆一 约5纳米厚度的金属铁催化剂层；在300。C温度下在空气中进行热处理；然 后在700C温度下，在硅衬底12上化学气相沉积生长碳纳米管阵列，该阵列 中碳纳米管14的直径范围为1 100纳米。
(二) 在所述碳纳米管14至少一末端形成一保护层16。 首先在一承载基底162上均匀涂抹一层压敏胶164;然后将压敏胶164
压在远离硅衬底12的多个碳纳米管14末端，即形成一端覆盖有保护层16(包 括承载基底162和压敏胶164)的碳纳米管14,此时，硅衬底12本身可作为 碳纳米管14的另一保护层。另外，本实施例中也可在碳纳米管14两端均形 成保护层16，具体地，可进一步将硅衬底12揭掉之后，再重复上述步骤， 使硅衬底12揭掉后露出的碳纳米管14的末端也覆盖保护层16,该保护层 16同样包括压敏胶164和承载基底162,从而形成两末端分别覆盖保护层16 的碳纳米管14。本实施例中，上述承载基底162可采用聚酯片，压敏胶164 可采用由抚顺轻工业所生产的YM881型压敏胶。另外，本实施例中保护层 16厚度优选为0.05毫米。
(三) 在所述形成有保护层16的多个碳纳米管14间注入基体18溶液 或熔融液，并使其固化。
将经过步骤(二 )处理的碳纳米管14浸入基体18溶液或熔融液中，或
将基体溶液或基体熔融液注入两端形成有保护层16的碳纳米管14中，然后 将其在真空下固化或凝固24小时，获得注有基体18的碳纳米管14。其中， 基体18选择为能耐强酸腐蚀的高分子化合物，具体可选自聚四氟乙烯、硅 橡胶、聚酯、聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯、聚丙烯、环氧树脂、聚碳酸酯、 聚甲醛、聚缩醛等高分子材料。本实施例中优选为聚四氟乙烯。
另外，本实施例步骤(三)可进一步包括一预先抽真空的步骤，可通过 预先将该形成有保护层16的多个碳纳米管14做抽真空处理约30分钟，以 排出多个碳纳米管14间的空气，有利于基体18溶液或熔融液注入。
(四) 除去保护层16。
保护层16中的承载基底162可直接揭去，然后压敏胶164可以溶解去 除，如采用二曱笨、乙酸乙脂或石油醚溶解。另外，本实施例中以生长碳纳 米管14的硅衬底12作为的保护层可直接揭去。此时，露出基体18的第一 表面182和与其相对的第二表面184，而且原来被保护层16所覆盖的碳纳米 管14的两末端也露出，并分别伸出基体18的两表面182、 184。因而，除去 保护层16后所形成的是两末端露出基体18表面的碳纳米管14和基体18的 复合结构。
(五) 腐蚀去掉上述复合结构中的碳纳米管14。
本实施例采用强酸性或强氧化性的溶剂腐蚀去除上述复合结构中的碳 纳米管14。优选地，本实施例采用质量百分比浓度比为3:1的浓石克酸与浓硝 酸的混合溶液，在环境温度60摄氏度时回流于上述碳纳米管14和基体18 的复合结构约30分钟至2小时，利用强酸溶剂的腐蚀作用去除复合结构中 的碳纳米管14。腐蚀掉碳纳米管以后，具有耐强酸腐蚀的基体18留下来形 成一纳米级微孔模具10。
请参阅图2，本发明实施例制造的纳米级微孔模具10，包括一基体18， 该基体18为一薄膜，其进一步包括一第一表面182及与第一表面182相对 的第二表面184。该基体18内分布有多个相互平行排布的纳米级的通孔186。 该多个通孔186基本垂直于基体18的第一表面182及第二表面184,且沿第 一表面182向第二表面184延伸贯穿整个基体18。本实施例中，该通孔186 的孔洞半径为10~100纳米，通孔186之间的间距为20 200纳米，该纳米级 微孔模具10的厚度为0.1 1毫米。
请参阅图3，为本实施例制造的纳米级微孔模具10的应用示意图。本 实施例的纳米级微孔模具10可用于制造其他材料的纳米级阵列。首先，在上述纳米级微孔模具10中填充一待形成纳米级阵列的材料， 本实施例以金为例。其次，去除上述纳米级微孔模具10,即形成该材料的纳米级的阵列20。本实施例中，该纳米级微孔模具IO为高分子材料，可通过化学腐蚀、 高温煅烧等方法去除该纳米级微孔模具10,形成纳米级的金阵列20。另外，本实施例纳米级微孔模具IO还可应用于压印技术，在材料表面 形成纳米级的表面凸起结构。相较于现有技术，本实施例纳米级微孔模具的制造方法由于使用了碳纳 米管阵列来作为母板，碳纳米管的高定向性得到了保留，并且通过控制碳纳 米管催化剂的排列，可以得到不同排列规则的孔洞，达到精确控制孔洞位置 的目的，提高了模具的有序性和可控制性。另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依 据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
权利要求
1.一种纳米级微孔模具的制造方法，其包括以下步骤提供多个碳纳米管；在所述多个碳纳米管至少一末端形成一保护层；向所述形成有保护层的碳纳米管中注入基体溶液或熔融液，并使其固化；除去保护层，形成碳纳米管和基体的复合结构；以及去除碳纳米管，形成纳米级微孔模具。
2. 如权利要求l所述的纳米级微孔模具的制造方法，其特征在于，该多个碳 纳米管为采用化学气相沉积法、等离子辅助化学气相沉积法或等离子辅助 热丝化学气相沉积法制得的碳纳米管阵列。
3. 如权利要求2所述的纳米级微孔模具的制造方法，其特征在于，该碳纳米 管阵列形成于一衬底上。
4. 如权利要求3所述的纳米级微孔模具的制造方法，其特征在于，该保护层 的形成进一步包括以下步骤提供一形成有压敏胶层的承载基底；将形成 有压敏胶层的一面压在碳纳米管阵列远离衬底的末端形成一保护层，而碳 纳米管阵列的衬底本身作为另 一 保护层。
5. 如权利要求3所述的纳米级微孔模具的制造方法，其特征在于，该保护层 的形成进一步包括以下步骤提供一形成有压敏胶层的承载基底；将形成 有压敏胶层的一面压在碳纳米管阵列远离衬底的末端形成一保护层；将衬 底揭去；提供另一形成有压敏胶层的承载基底，并将该另一压敏胶层压在 碳纳米管阵列揭去衬底的 一 端形成另 一 保护层。
6. 如权利要求4或5所述的纳米级微孔模具的制造方法，其特征在于，该承载 基底为一聚酯片。
7. 如权利要求l所述的纳米级微孔模具的制造方法，其特征在于，该保护层 的厚度为0.05毫米。
8. 如权利要求l所述的纳米级微孔模具的制造方法，其特征在于，在向所述 形成有保护层的碳纳米管中注入基体溶液或熔融液前，进一步包括一预先 抽真空的步骤。
9. 如权利要求4或5所述的纳米级微孔模具的制造方法，其特征在于，所述保 护层的去除方法包括以下步骤揭去承载基底，用二曱苯、乙酸乙脂或石 油醚溶解去除压敏胶。
10. 如权利要求l所述的纳米级微孔模具的制造方法，其特征在于，所述碳纳 米管可采用强酸性或强氧化性的溶剂腐蚀去除，形成纳米级微孔模具。
11. 如权利要求10所述的纳米级微孔模具的制造方法，其特征在于，所述碳纳米管的去除进一步包括以下步骤采用质量百分比浓度比为3:1的浓硫 酸与浓硝酸的混合溶液，在环境温度60摄氏度时回流于上述碳纳米管和基 体的复合结构约30分钟至2小时，利用强酸溶剂的腐蚀作用去除碳纳米管。
12. 如权利要求l所述的纳米级微孔模具的制造方法，其特征在于，该基体材 料为聚四氟乙烯、硅橡胶、聚酯、聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯、聚丙烯、环氧树脂、聚碳酸酯、聚曱醛或聚缩醛。
全文摘要
一种纳米级微孔模具的制造方法，其包括以下步骤提供多个碳纳米管；在所述多个碳纳米管至少一末端形成一保护层；向所述形成有保护层的碳纳米管中注入基体溶液或熔融液，并使其固化；除去保护层，形成碳纳米管和基体的复合结构；以及去除碳纳米管，形成纳米级微孔模具。
文档编号B82B3/00GK101148246SQ20061006272
公开日2008年3月26日 申请日期2006年9月22日 优先权日2006年9月22日
发明者刘长洪, 宋鹏程, 鼎 王, 范守善 申请人:清华大学;鸿富锦精密工业(深圳)有限公司