专利名称：Pdms弹性体表面硬质薄膜层选区刻蚀的制备方法及应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及聚合物的微结构加工技术，具体涉及一种PDMS弹性体选区刻蚀的工艺方法。
背景技术：
近年来运用简单快捷的方法、廉价的原料获得薄膜表面微纳尺度上的微结构已经成为了材料科学以及化学领域的研究热点之一。随着微加工技术的飞速发展以及操作仪器精度的不断提高，在聚合物薄膜表面进行微纳尺度上的微结构加工已经发展出了许多成熟的加工方式，这些技术可以分为两类一种是自上而下方法，即光刻技术、纳米压印技术、软印刷技术、扫描探针加工技术等方法；另一种是自下而上方法，即基于物理、化学等结构特性制备规则有序的微结构，比如自组装技术。这些方法虽然在不同的方面有着各自的优缺点，但是在苦于没有新的加工方式被开发出现使得在聚合物薄膜表面进行微纳尺度上进行微结构的加工过程仍然是一个过程复杂、昂贵且耗时很久的过程。目前的发展趋势是寻找 一种既简单快捷又廉价的方式来进行在聚合物薄膜表面微纳尺度上的微结构的加工。聚二甲基娃氧烧(PDMS)作为一种有机娃材料在微电子产业中有着很多用途、易加工、光学性能良好并且有着独特弹性的热门材料已经在如生物芯片、有机电子学、微流体芯片等新兴领域得到了广泛的应用，进而，如何在PDMS体系薄膜表面进行微纳尺度上的微结构加工已成为研究的热点中的热点。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提供一种PDMS弹性体表面硬质薄膜层选区刻蚀的制备方法，选用PDMS作为基底，利用简单的操作方式廉价的试剂实现了在PDMS表面进行微纳尺度上的微结构加工，并做到了精确的调控微结构的形貌，从而避免了造价高昂的仪器的使用以及繁琐的操作步骤。为了解决上述技术问题，本发明PDMS弹性体表面硬质薄膜层选区刻蚀的制备方法包括以下步骤(I)将PDMS预聚体与交联剂按10:1混合，倒入一容器中，用玻璃棒匀速搅拌0. 5-1. 5小时，形成预聚合物；(2)若混合好的预聚合物中有小气泡，则通过循环水式多用真空泵脱气2小时；(3)将脱气后的预聚合物放入恒温鼓风干燥箱中，并在60摄氏度下固化6个小时，即得到PDMS膜；(4)将PDMS膜裁剪为IcmX Icm片材，将一铜网放在该PDMS膜片材的表面，用等离子体清洗器进行等离子体处理10分钟，取下铜网，由此形成PDMS为基底、SiOx硬质层为表层的PDMS双层复合膜，(5)将PDMS双层复合膜浸泡于摩尔浓度为2mol/L至5mol/L的氢氟酸溶液中处理5-40分钟；
(6 )用蒸馏水冲洗PDMS双层复合膜，并置于空气中晾干，从而，PDMS双层复合膜表面上形成有微结构的选区刻蚀图案。本发明PDMS弹性体表面硬质薄膜层选区刻蚀的制备方法中，放置在PDMS膜片材表面的一层铜网可以是一个铜网，也可以是由两个以上并列分布且目数和网眼形状不同的铜网构成。本发明获得的PDMS弹性体表面硬质薄膜层选区刻蚀图案的尺寸可控制在微米或纳米级别。本发明获得的表面带有微结构的选区刻蚀图案的PDMS多层复合膜在弹性印章、微转移、细胞培养等方面具有广泛的潜在应用。与现有技术相比，本发明的有益效果是众所周知，聚合物材料以其微纳尺度的分子链结构、简单可控的合成反应以及卓 越的物理化学性能这三个优势使其在微观结构中得以广泛应用。在众多的聚合物材料中，聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为一种有机硅材料在微电子产业中有着很多用途，更为重要的是PDMS在微纳制造中有着其独特且广阔的应用前景。在微纳尺度上，PDMS不仅用作元器件和基底材料，而且还经常用作弹性体模具或弹性印章制备微观结构。本发明选区刻蚀的制备方法中是以PDMS弹性体作为基底，通过不同规格铜网的覆盖，在PDMS表面以达到选择性等离子体曝光，使得在PDMS表面被等离子体处理的地方变为SiOx硬质层，即获得由PDMS弹性体与高分子薄膜构成软硬复合体系，而后在氢氟酸的辅助刻蚀下，达到选区刻蚀的效果，从而得到表面粗糙程度根据选区图案化的不同而不同的微结构，避免了利用微转移的繁琐和自组装的耗时过长的缺点。本发明选区刻蚀的制备方法具有快速，简单的特点，精细调控了 PDMS弹性体表面的图案化微结构的形貌，避免了使用昂贵的仪器、复杂的工艺条件和苛刻的实验参数等缺点和不足。采用本发明选区刻蚀的制备方法制得的PDMS粗糙表面作为图案化的微结构在弹性印章、微转移、细胞培养等方面有广泛的潜在应用。本发明的方法具有快速，简便的特点，且具有良好的重复性，可大面积实现PDMS表面微结构的制备。制备的粗糙形貌具有图案化可控的特点，尺寸可以达到微米级别甚至纳米级别，本发明的方法制备的PDMS粗糙表面作为图案化的微结构在弹性印章、微转移、细胞培养等方面有广泛的潜在应用。
图1-1为本发明实施例I中铜网为100目四方结构PDMS选区刻蚀的光学显微镜图片；图1-2为本发明实施例I中铜网为100目六方结构PDMS选区刻蚀的光学显微镜图片；图2-1为本发明实施例2中铜网为100目四方结构PDMS选区刻蚀的光学显微镜图片；图2-2为本发明实施例2中铜网为100目六方结构PDMS选区刻蚀的光学显微镜图片；图3-1为本发明实施例3中铜网为300目四方结构PDMS选区刻蚀的光学显微镜图片；图3-2为本发明实施例3中铜网为300目六方结构PDMS选区刻蚀的光学显微镜图片。
具体实施例方式以下通过实施例讲述本发明的详细过程，提供实施例是为了理解的方便，绝不是限制本发明。实施例I :(I)将PDMS预聚体与交联剂按10:1混合，倒入一容器中，用玻璃棒匀速搅拌40分 钟，形成预聚合物；(2)混合好的预聚合物中有小气泡，通过循环水式多用真空泵脱气2小时；(3)将脱气后的预聚合物放入恒温鼓风干燥箱中，并在60摄氏度下固化6个小时，即得到PDMS膜；(4)将固化好的PDMS膜裁剪为IcmX Icm片材,将一100目六方结构的铜网和一100目四方结构的铜网并列地放在该PDMS膜片材的表面，用等离子体清洗器进行等离子体处理10分钟，取下铜网，由此形成PDMS为基底、SiOx硬质层为表层的PDMS双层复合膜，(5)将PDMS双层复合膜浸泡于摩尔浓度为2. 5mol/L的氢氟酸溶液中处理5分钟；(6)用蒸馏水冲洗该PDMS双层复合膜，并置于空气中晾干，从而，PDMS双层复合膜表面上形成有微结构的选区刻蚀图案。其形貌见图1-1和图1-2，其中图1-1是掩模铜网规格为100目四方结构位置的选区刻蚀图案的形貌，图1-2是掩模铜网规格为100目六方结构位置的选区刻蚀图案的形貌。实施例2 ( I)将PDMS预聚体与交联剂按10:1混合，倒入一容器中，用玻璃棒匀速搅拌I小时，形成预聚合物；(2)混合好的预聚合物中有小气泡，通过循环水式多用真空泵脱气2小时；(3)将脱气后的预聚合物放入恒温鼓风干燥箱中，并在60摄氏度下固化6个小时，即得到PDMS膜；(4)将固化好的PDMS膜裁剪为IcmX Icm片材，将一 100目六方结构的铜网和一100目四方结构的铜网并列地放在该PDMS膜片材的表面，用等离子体清洗器进行等离子体处理10分钟，取下铜网，由此形成PDMS为基底、SiOx硬质层为表层的PDMS双层复合膜，(5)将PDMS双层复合膜浸泡于摩尔浓度为4mol/L的氢氟酸溶液中处理20分钟；(6)用蒸馏水冲洗该PDMS双层复合膜，并置于空气中晾干，从而，PDMS双层复合膜表面上形成有微结构的选区刻蚀图案。其形貌见图2-1和图2-2，其中图2-1是掩模铜网规格为100目四方结构位置的选区刻蚀图案的形貌，图2-2是掩模铜网规格为100目六方结构位置的选区刻蚀图案的形貌。实施例3:(I)将PDMS预聚体与交联剂按10:1混合，倒入一容器中，用玻璃棒匀速搅拌I. 5小时，形成预聚合物；(2)混合好的预聚合物中有小气泡，通过循环水式多用真空泵脱气2小时；
(3)将脱气后的预聚合物放入恒温鼓风干燥箱中，并在60摄氏度下固化6个小时，即得到PDMS膜；(4)将固化好的PDMS膜裁剪为IcmX Icm片材,将一 300目六方结构的铜网和一300目四方结构的铜网并列地放在该PDMS膜片材的表面，用等离子体清洗器进行等离子体处理10分钟，取下铜网，由此形成PDMS为基底、SiOx硬质层为表层的PDMS双层复合膜，(5)将PDMS双层复合膜浸泡于摩尔浓度为3mol/L的氢氟酸溶液中处理30分钟；(6)用蒸馏水冲洗该PDMS双层复合膜，并置于空气中晾干，从而，PDMS双层复合膜表面上形成有微结构的选区刻蚀图案。其形貌见图3-1和图3-2，其中图3-1是掩模铜网规格为300目四方结构位置的选区刻蚀图案的形貌，图3-2是掩模铜网规格为300目六方结构位置的选区刻蚀图案的形貌。本发明中所采用的铜网目数和网眼形状有多种选择，铜网的目数可以选择50目、100目、300目和1000目中的一种，铜网网眼的形状可以选择长方形、正方形、正六边形和圆 形中的一种。选区刻蚀图案与所选用掩模铜网的目数和尺寸向一致。图1-1、图1-2、图2-1、图2-2、图3-1和图3_2所示的由本发明制备方法获得的PDMS双层复合膜选区刻蚀结构，其尺寸均可控制在微米级。尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式
，上述的具体实施方式
仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。
权利要求
1.一种PDMS弹性体表面硬质薄膜层选区刻蚀的制备方法，包括以下步骤 (1)将PDMS预聚体与交联剂按10:1混合，倒入一容器中，用玻璃棒匀速搅拌O.5-1小时，形成预聚合物； (2)若混合好的预聚合物中有小气泡，则通过循环水式多用真空泵脱气2小时； (3)将脱气后的预聚合物放入恒温鼓风干燥箱中，并在60摄氏度下固化6个小时，即得到I3DMS膜； (4)将PDMS膜裁剪为IcmXIcm片材，在该PDMS膜片材的表面放置一层铜网，用等离子体清洗器进行等离子体处理10分钟，取下铜网，由此形成PDMS为基底、SiOx硬质层为表层的PDMS双层复合膜， (5)将PDMS双层复合膜浸泡于摩尔浓度为2mol/L至5mol/L的氢氟酸溶液中处理5_40分钟； (6 )用蒸馏水冲洗PDMS双层复合膜，并置于空气中晾干，从而，PDMS双层复合膜表面上形成有微结构的选区刻蚀图案。
2.根据权利要求I所述PDMS弹性体表面硬质薄膜层选区刻蚀的制备方法，其特征在于，铜网的目数选择50目、100目、300目和1000目中的一种，铜网网眼的形状选择长方形、正方形、正六边形和圆形中的一种。
3.根据权利要求2所述PDMS弹性体表面硬质薄膜层选区刻蚀的制备方法，其特征在于，放置在PDMS膜片材表面的一层铜网由两个以上并列分布且目数和网眼形状不同的铜网构成。
4.根据权利要求I所述PDMS弹性体表面硬质薄膜层选区刻蚀的制备方法，其特征在于，刻蚀图案的尺寸为微米或纳米级别。
5.一种表面带有微结构的选区刻蚀图案的PDMS多层复合膜在弹性印章、微转移、细胞培养方面的应用。
全文摘要
本发明公开了一种PDMS弹性体表面硬质薄膜层选区刻蚀的制备方法，包括以下步骤将PDMS预聚体与交联剂按质量比10:1混合后搅拌30-60min，真空泵脱气2h后于60℃下固化6h得到PDMS膜；以铜网为掩膜选区进行等离子体处理10min，取下铜网，由此形成PDMS为底层、SiOx硬质层为表层的PDMS双层复合膜，将此样品浸泡于2mol/L至5mol/L的氢氟酸溶液中处理5-40min后即在PDMS双层复合膜表面上形成有微结构的选区刻蚀图案。本发明利用简单的操作方式廉价的试剂实现了对PDMS表面进行精确可控的微结构加工，从而避免了造价高昂的仪器的使用以及繁琐的操作步骤。
文档编号B81C1/00GK102795592SQ20121024333
公开日2012年11月28日 申请日期2012年7月13日 优先权日2012年7月13日
发明者鲁从华, 童屹 申请人:天津大学