一種表面具有碗狀結(jié)構(gòu)的圖案膜制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種規(guī)整的表面碗狀拓展結(jié)構(gòu)圖案膜的制造方法，將分子結(jié)構(gòu)含有苯環(huán)共軛基團(tuán)的聚合物充分溶解于溶劑中，向其中加入低沸點(diǎn)的揮發(fā)劑，鑄膜液刮制成膜后，隨著揮發(fā)劑的揮發(fā)，聚合物薄膜表面形成規(guī)整的碗狀拓展結(jié)構(gòu)，將形成碗狀拓展結(jié)構(gòu)的圖案膜浸入凝固浴，圖案結(jié)構(gòu)固化，得到表面有規(guī)整碗狀拓展結(jié)構(gòu)的圖案膜。碗狀拓展結(jié)構(gòu)視覺(jué)效果明顯，規(guī)整度高。此工藝能反映聚合物內(nèi)部的分子結(jié)構(gòu)，制造的表面呈碗狀特殊三維拓展結(jié)構(gòu)的聚合物圖案膜，有望在生物芯片、微流控裝置等【技術(shù)領(lǐng)域】和高分子物理理論領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。
【專利說(shuō)明】一種表面具有碗狀結(jié)構(gòu)的圖案膜制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種表面具有三維拓展的碗狀突起結(jié)構(gòu)的圖案膜及其制造方法，表面呈碗狀特殊三維拓展結(jié)構(gòu)的聚合物圖案膜，有望在生物芯片、組織工程學(xué)、生物傳感器、超疏水、微流控裝置、電池電極材料等【技術(shù)領(lǐng)域】和高分子物理理論領(lǐng)域發(fā)揮重要功能。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著膜技術(shù)的飛速發(fā)展，膜材料表面特性的相關(guān)研究越來(lái)越引起研究者的關(guān)注。膜材料與外界的相互作用首先是通過(guò)表面進(jìn)行的，因而膜表面的性能及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)就顯得尤其重要，通過(guò)在材料表面如膜表面構(gòu)筑微觀結(jié)構(gòu)已成為目前研究材料界面相互作用的重要途徑之一。
[0003]通過(guò)膜表面圖案化構(gòu)筑圖案膜，主要可以應(yīng)用于對(duì)表面性質(zhì)進(jìn)行相關(guān)調(diào)控，通過(guò)表面圖案修飾來(lái)控制表面材料的黏附、摩擦及浸潤(rùn)等性質(zhì)，這些性質(zhì)與分子間的相互作用及材料表面的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有著密切關(guān)系。表面圖案化在組織工程學(xué)、超分子學(xué)、材料科學(xué)以及細(xì)胞生物學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，將表面圖案與膜相結(jié)合制備圖案膜可以擴(kuò)寬膜的相關(guān)應(yīng)用范圍，對(duì)膜科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展有重要的意義[GironSs M, Akbarsyah I J, Nijdamff, J Membr Sci, 2006，283:411-424]。
[0004]目前表面結(jié)構(gòu)圖案化技術(shù)常用的有:光刻技術(shù)、微接觸印刷、微模塑、蒸汽輔助法坐寸ο
[0005]光刻技術(shù)是指在一定波長(zhǎng)的光作用下，使部分光刻膠的可溶性發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)光刻膠表面圖案成像，經(jīng)過(guò)腐蝕、去膠等工序，得到所需的微幾何圖形。光刻技術(shù)精度高，能達(dá)到30nm?I μ m級(jí)的微小尺寸,應(yīng)用廣泛。通過(guò)光刻技術(shù)制備的條形、圓形PEG圖案膜可用于細(xì)胞微圖案化[劉欣，沈崢，吳大朋，高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報(bào)，2008，29:298-300]。
[0006]微接觸印刷是以有機(jī)分子作為“墨水”，用制備好的彈性印章蘸取“墨水”，通過(guò)蓋印過(guò)程，將印章圖案轉(zhuǎn)移到與之接觸的基底表面，從而得到所需的微納米結(jié)構(gòu)表面。微接觸印刷技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是能夠在大面積上快速地形成圖案，簡(jiǎn)便易行，投入很低，能得到納米級(jí)特征尺寸的微圖案。但是微印刷技術(shù)也存在一些問(wèn)題:如由于印章在使用時(shí)可能存在一定程度的形變，需要控制其形變以保證圖案的精度和可重復(fù)性等，且微印刷技術(shù)得到的圖案尺寸要受到印章的限制。
[0007]微模塑是借助母模板的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將預(yù)聚物成型并轉(zhuǎn)移到目標(biāo)表面的圖案化技術(shù)。將相分離與微模塑法相結(jié)合，可在Naf1n質(zhì)子交換膜表面構(gòu)筑微圖案,并將其直接用于燃料電池中[Yildirim M H, Braake J T，Aran H C，J Membr Sci，2010，349:231-236]。
[0008]蒸氣輔助法是指在進(jìn)行溶液澆鑄時(shí)，提高周圍環(huán)境的濕度，當(dāng)溶劑揮發(fā)時(shí)，材料表面溫度降低，空氣中的水汽便在材料表面凝結(jié)成小液滴，在自身的重力用下，會(huì)在材料表面形成一定的形狀，最后，溶劑和水全部揮發(fā)掉，得到圖案化的表面。專利CN 1717306A就公開了一種用水蒸氣輔助法得到規(guī)則圖案的薄膜然后將其在厚度方向剝離得到細(xì)微突起的方法。
[0009]本發(fā)明擯棄了傳統(tǒng)圖案制造方法中需要的模板，并不同于水蒸氣輔助法，提出了一種全新的制造表面三維突起圖案膜的方法，形成的表面三維突起呈獨(dú)特的碗狀結(jié)構(gòu)，尚未見(jiàn)報(bào)道。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明提出一種區(qū)別于傳統(tǒng)方法的圖案膜制造方法，本發(fā)明的特征在于聚合物溶液中揮發(fā)劑的揮發(fā)，產(chǎn)生揮發(fā)力，對(duì)聚合物分子溶液中的分子鏈產(chǎn)生推拉作用，而在聚合物表面形成缺陷，最終形成規(guī)則的三維拓展碗狀結(jié)構(gòu)。
[0011]本發(fā)明提供一種全新的表面具有碗狀結(jié)構(gòu)的圖案膜，其制造方法包括如下步驟:
[0012](I)按照質(zhì)量百分比要求，將聚合物溶于溶劑中，加入揮發(fā)劑，混合均勻，制得鑄膜液；
[0013](2)將鑄膜液在干凈的玻璃板上刮制成膜；
[0014](3)經(jīng)一定的揮發(fā)時(shí)間后，膜表面會(huì)形成規(guī)則的突起；
[0015](4)將膜浸入凝固浴，使圖案固化，經(jīng)后處理即獲得表面具有碗狀結(jié)構(gòu)的圖案膜。
[0016]所述的聚合物為聚醚砜、聚酰亞胺、聚酰胺酸或乙基纖維素中至少一種；
[0017]所述的溶劑為二甲基亞砜、甲苯、N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺或四氫呋喃中的至少一種；
[0018]所述的揮發(fā)劑為四氫呋喃、二氯甲烷、氯仿、乙醇中至少一種；
[0019]所述的鑄膜液中聚合物的質(zhì)量百分比為12?40% ;所述的鑄膜液中溶劑的質(zhì)量百分比為35?70% ;所述的鑄膜液中揮發(fā)劑的質(zhì)量百分比為10?30% ；
[0020]所述的揮發(fā)時(shí)間為10秒?80秒；
[0021]所述的凝固浴為水、辛醇、乙醇中至少一種；
[0022]所述的后處理方法為用水浸潤(rùn)所得圖案膜24?48小時(shí)，浙干后于60°C下烘焙3小時(shí)。
[0023]本發(fā)明圖案膜的制造方法具有工藝速度快、過(guò)程簡(jiǎn)單、原料來(lái)源廣等特點(diǎn)。測(cè)試表明:本發(fā)明圖案膜呈現(xiàn)的圖案結(jié)構(gòu)連接緊密、拓展性好、規(guī)整度高。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1為實(shí)施例1圖案膜的共聚焦顯微鏡照片。
[0025]圖2為實(shí)施例2圖案膜的共聚焦顯微鏡照片。
[0026]圖3為實(shí)施例2圖案膜的共聚焦顯微鏡三維照片。
[0027]圖4為實(shí)施例3圖案膜的共聚焦顯微鏡照片。
[0028]圖5為實(shí)施例4圖案膜的共聚焦顯微鏡照片。
[0029]圖6為實(shí)施例4圖案膜的共聚焦顯微鏡三維照片。

【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。
[0031]實(shí)施例1:
[0032]將聚酰亞胺聚合物材料加入到N-甲基吡咯烷酮溶劑中，并加入揮發(fā)劑四氫呋喃，常溫下磁力攪拌24h，使其全部溶解，制得鑄膜液，鑄膜液中聚合物的質(zhì)量百分比為18%，揮發(fā)劑的質(zhì)量百分比為15%，溶劑的質(zhì)量百分比為67%。在室溫環(huán)境下，將鑄膜液在干凈的玻璃板上用刮膜棒刮制成膜，揮發(fā)40秒后，膜表面會(huì)形成規(guī)則的突起，將膜浸入到水凝固浴中，使圖案固化，用水繼續(xù)浸潤(rùn)所得圖案膜30小時(shí)，浙干后于60°C下烘焙3小時(shí)，即得表面呈碗狀圖案結(jié)構(gòu)的圖案膜。
[0033]實(shí)施效果:通過(guò)共聚焦顯微鏡觀察圖案膜表面，膜表面呈現(xiàn)三維拓展的碗狀圖案(圖1)。
[0034]實(shí)施例2:
[0035]將聚酰胺酸聚合物材料加入到二甲基乙酰胺溶劑中，并加入揮發(fā)劑二氯甲烷，常溫下磁力攪拌24h，使其全部溶解，制得鑄膜液，鑄膜液中聚合物的質(zhì)量百分比為30%，揮發(fā)劑的質(zhì)量百分比為12%，溶劑的質(zhì)量百分比為58%。在室溫環(huán)境下，將鑄膜液在干凈的玻璃板上用刮膜棒刮制成膜，揮發(fā)60秒后，膜表面會(huì)形成規(guī)則的突起，將膜浸入到水凝固浴中，使圖案固化，用水繼續(xù)浸潤(rùn)所得圖案膜40小時(shí)，浙干后于60°C下烘焙3小時(shí)，即得表面呈碗狀圖案結(jié)構(gòu)的圖案膜。
[0036]實(shí)施效果:通過(guò)共聚焦顯微鏡觀察圖案膜表面，可以看到膜表面呈現(xiàn)規(guī)整碗狀圖案(圖2)，用共聚焦顯微鏡進(jìn)行三維觀察，可以看到具有規(guī)整拓展結(jié)構(gòu)的圖案膜(圖3)。
[0037]實(shí)施例3:
[0038]將乙基纖維素聚合物材料加入到甲苯溶劑中，并加入揮發(fā)劑二氯甲烷，常溫下磁力攪拌24h，使其全部溶解，制得鑄膜液，鑄膜液中聚合物的質(zhì)量百分比為14%，揮發(fā)劑的質(zhì)量百分比為20%，溶劑的質(zhì)量百分比為66%。在室溫環(huán)境下，將鑄膜液在干凈的玻璃板上用刮膜棒刮制成膜，揮發(fā)20秒后，膜表面會(huì)形成規(guī)則的突起，將膜浸入到水凝固浴中，使圖案固化，用水繼續(xù)浸潤(rùn)所得圖案膜24小時(shí)，浙干后于60°C下烘焙3小時(shí)，即得表面呈碗狀圖案結(jié)構(gòu)的圖案膜。
[0039]實(shí)施效果:通過(guò)共聚焦顯微鏡觀察圖案膜表面，膜表面呈現(xiàn)三維拓展的碗狀圖案(圖 4)。
[0040]實(shí)施例4:
[0041]將聚醚砜聚合物材料加入到N-甲基吡咯烷酮溶劑中，并加入揮發(fā)劑四氫呋喃，常溫下磁力攪拌24h，使其全部溶解，制得鑄膜液，鑄膜液中聚合物的質(zhì)量百分比為30%，揮發(fā)劑的質(zhì)量百分比為18%，溶劑的質(zhì)量百分比為52%。在室溫環(huán)境下，將鑄膜液在干凈的玻璃板上用刮膜棒刮制成膜，揮發(fā)35秒后，膜表面會(huì)形成規(guī)則的突起，將膜浸入到水凝固浴中，使圖案固化，用水繼續(xù)浸潤(rùn)所得圖案膜48小時(shí)，浙干后于60°C下烘焙3小時(shí)，即得表面呈碗狀圖案結(jié)構(gòu)的圖案膜。
[0042]實(shí)施效果:通過(guò)共聚焦顯微鏡觀察圖案膜表面，可以看到膜表面呈現(xiàn)規(guī)整碗狀圖案(圖5)，用共聚焦顯微鏡進(jìn)行三維觀察，可以看到具有規(guī)整拓展結(jié)構(gòu)的圖案膜(圖6)。
【權(quán)利要求】
1.一種表面具有碗狀結(jié)構(gòu)的圖案膜制造方法，其方法包括如下步驟: (1)按照質(zhì)量百分比要求，將聚合物溶于溶劑中，加入揮發(fā)劑，混合均勻，制得鑄膜液； (2)將鑄膜液在干凈的玻璃板上刮制成膜； (3)經(jīng)一定的揮發(fā)時(shí)間后，膜表面會(huì)形成規(guī)則的突起； (4)將膜浸入凝固浴，使圖案固化，經(jīng)后處理即獲得表面具有碗狀結(jié)構(gòu)的圖案膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖案膜的制造方法，其特征在于所述的聚合物為聚醚砜、聚酰亞胺、聚酰胺酸或乙基纖維素中至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖案膜的制造方法，其特征在于所述的溶劑為二甲基亞砜、甲苯、N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺或四氫呋喃中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖案膜的制造方法，其特征在于所述的揮發(fā)劑為四氫呋喃、二氯甲烷、氯仿、乙醇中至少一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖案膜的制造方法，其特征在于所述的鑄膜液中聚合物的質(zhì)量百分比為12?40% ;所述的鑄膜液中溶劑的質(zhì)量百分比為35?70% ;所述的鑄膜液中揮發(fā)劑的質(zhì)量百分比為10?30%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖案膜的制造方法，其特征在于所述的揮發(fā)時(shí)間為10秒?80秒。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖案膜的制造方法，其特征在于所述的凝固浴為水、辛醇、乙醇中至少一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖案膜的制造方法，其特征在于所述的后處理方法為用水浸潤(rùn)所得圖案膜24?48小時(shí)，浙干后于60°C下烘焙3小時(shí)。
【文檔編號(hào)】C08L81/06GK104231292SQ201410483285
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月17日
【發(fā)明者】林立剛, 張潮, 劉春雨, 張龍輝, 董美美, 魏晨杰, 鄧盼珊, 黃衡 申請(qǐng)人:天津工業(yè)大學(xué)