基于交联控制转移印刷的PDMS弹性体微纳加工方法与流程

本发明涉及软物质的微纳米加工技术，具体涉及一种利用交联控制转移印刷法进行PDMS表面图案化的工艺方法。

背景技术：
聚二甲基硅氧烷(PDMS)是一种最广泛使用的硅基有机聚合物材料。PDMS作为一种有机硅橡胶，在户外绝缘材料、填缝剂、润滑剂、人体整形植入等方面有着很多用途，更为重要的是其在微纳制造中有着独特的应用前景。在微纳尺度上，PDMS厚/薄膜广泛应用于软刻蚀技术、微/纳流体控制、微/纳电子机械系统、生物传感等诸多领域。这些应用都依赖于PDMS的表面微结构化。然而目前PDMS弹性体的微纳米加工技术却十分有限，且受限于加工形式、难以制备复杂精细表面图案结构。与此同时，印刷法作为一种简单、便捷、适用性广泛的图案化技术越来越受到学术界的重视。

技术实现要素：
针对上述现有技术，本发明提供一种基于交联控制的微转移印刷法，制备PDMS微纳米结构图案。本发明选用平面PDMS片为基底，以复制模铸法制备的表面带有简单微结构图案的PDMS为转移印刷印章，通过对PDMS印章和基底制备过程中交联剂含量的不同引入内聚能(“软/硬”)差异，转移“墨水”来自印章或基底中较“软”的一方，从而实现平面PDMS基底表面的可控图案化。这一方法避免了昂贵仪器的使用以及繁琐复杂的操作步骤，是一种通用的PDMS微纳加工方法。为了解决上述技术问题，本发明提出的一种基于交联控制转移印刷的PDMS弹性体微纳加工方法，包括以下步骤：步骤一、利用复制模铸法制备带有表面微结构的PDMS膜作为转移印刷的印章：将PDMS预聚体和交联剂按质量比为m:1混合，其中，m＝10或20；用玻璃棒充分搅拌形成均匀的预聚合物；将上述预聚合物在循环水式多用真空泵中脱气1小时后，浇筑到母模板上；在70℃下加热4h进行固化；揭下的膜即为所得；步骤二、利用浇筑法制备PDMS膜作为转移印刷的基底：将PDMS预聚体和交联剂按质量比为n:1混合，其中n＝5～30，且m＝n+10或m＝n-10；用玻璃棒充分搅拌形成均匀的预聚合物；将上述预聚合物在循环水式多用真空泵中脱气1小时后，浇筑到表面皿中；在70℃下加热4h进行固化；获得厚度可调的PDMS膜；步骤三、对步骤一制备得到的印章或对步骤二制备得到的基底同时进行氧等离子体表面活化处理0.5min，然后立即将上述处理后的印章和基底贴合并在鼓风干燥箱中100℃下加热保温1h，随炉冷却至室温，取下印章，得到表面具有凹陷或凸起图案的PDMS膜。进一步讲，步骤二中PDMS预聚体和交联剂的质量比与步骤一中PDMS预聚体和交联剂质量比不同，从而获得一组硬印章/软基底的组合或是一组软印章/硬基底的组合。若将步骤一制备印章和步骤二制备基底的过程中PDMS预聚体和交联剂的质量比记为：交联参数为PDMS(m:1)/PDMS(n:1)，本发明中优选的交联参数如下：PDMS(10:1)/PDMS(20:1)、PDMS(10:1)/PDMS(30:1)、PDMS(20:1)/PDMS(5:1)、PDMS(20:1)/PDMS(10:1)。与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明制备方法中，通过预先调节PDMS印章及基底制备过程中交联剂含量来调控PDMS“墨水”转移方向，从而达到对PDMS平面基底的可控图案化。本发明的方法具有简单，便捷，适用范围广的特点。尤其是可以简单地通过改变交联剂含量实现PDMS表面图案的精细调控，这是目前其他技术难以达到的。附图说明图1为本发明实施例1得到的PDMS印章的原子力显微镜图片；图2为本发明实施例1得到的表面图案化PDMS基底的原子力显微镜图片；图3为本发明实施例2得到的表面图案化PDMS基底的原子力显微镜图片。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。实施例1：制备表面图案化的PDMS膜，步骤如下：步骤一、利用复制模铸法制备带有表面微结构的PDMS作为转移印刷的印章：首先，将PDMS预聚体和交联剂Sylgard184(购自美国道康宁公司)按质量比为10:1混合，用玻璃棒充分搅拌形成均匀的预聚合物；将上述预聚合物在循环水式多用真空泵中脱气1小时后，浇筑到带有圆柱阵列的硅模板(即母模板)上，浇筑厚度约为1mm；在70℃下加热4h进行固化；小心地揭掉该硅模板上的PDMS膜即为PDMS印章，该复制模铸法制备的带有表面微结构的PDMS(10:1)印章的表面结构如图1所示。步骤二、利用浇筑法制备厚度约为1mm的PDMS厚膜作为转移印刷的基底；具体内容是：首先，将PDMS预聚体和交联剂Sylgard184(购自美国道康宁公司)按质量比为20:1混合，用玻璃棒充分搅拌形成均匀的预聚合物；将上述预聚合物在循环水式多用真空泵中脱气1小时后，浇筑到表面皿中，浇筑厚度约1mm；在70℃下加热4h进行固化；获得平面PDMS基底。步骤三、将上述制备得到的PDMS印章和基底同时进行氧等离子体表面活化(OP)处理0.5min；然后立即将二者贴合并在鼓风干燥箱中100℃下加热1h；随炉冷却至室温，取下PDMS印章，得到表面图案化的PDMS膜。本实施例1制备方法中的交联参数记作PDMS(10:1)/PDMS(20:1)。通过原子力显微镜测量，该PDMS膜表面带有规则凹陷圆点图案。本实施例1所得图案化PDMS膜如图2的原子力图所示。实施例2：制备表面图案化的PDMS膜，制备过程与实施例1基本相同，不同仅在于，将步骤一中PDMS预聚体和交联剂的质量比改为20:1，将步骤二中PDMS预聚体和交联剂的质量比改为10:1，即交联参数由PDMS(10:1)/PDMS(20:1)改为PDMS(20:1)/PDMS(10:1)，最终获得的表面带有规则圆点凸起图案的PDMS膜如图3的原子力图所示。同上，通过改变制备过程中交联剂含量即交联参数，诸如：可以是PDMS(10:1)/PDMS(20:1)、PDMS(10:1)/PDMS(30:1)、PDMS(20:1)/PDMS(5:1)、PDMS(20:1)/PDMS(10:1)中的任何一组。综上，本发明方法主要是利用PDMS制备过程中交联剂含量的不同引入PDMS印章与PDMS基底间内聚能(即软/硬)差异，并通过表面活化和加热处理提高印章与基底间的接触粘附作用，使二者分离时，利用“软方”发生内聚能断裂提供PDMS“墨水”并通过接触转移到“硬方”，从而实现平面PDMS基底的可控精细图案化。通过印章和基底的不同“软/硬”组合以及多次印刷可以得到复杂精细的PDMS表面微结构。本方法不但避免了其他相关技术适用范围有限，加工图案简单的缺点，而且避免了复杂昂贵仪器的使用，因此，其适用范围广，操作简便，成本低，可作为一种通用的PDMS微纳米加工技术。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。