一種超疏液表面的制備方法
【專(zhuān)利摘要】本申請(qǐng)公開(kāi)了一種超疏液表面的制備方法，包括：在基板上涂覆具有黏附性的高分子涂層；在所述高分子涂層上刻蝕獲得T型微納米結(jié)構(gòu)；使用加熱可固化材料轉(zhuǎn)印獲得T型微納米結(jié)構(gòu)；對(duì)所述轉(zhuǎn)印獲得的T型微納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行疏水處理，使所述轉(zhuǎn)印獲得的T型微納米結(jié)構(gòu)的表面形成疏水薄膜。由于本申請(qǐng)使用加熱可固化材料轉(zhuǎn)印獲得的T型微納米結(jié)構(gòu)，做為柔性模板，從而在多種可固化的高分子材料獲得T型微納米結(jié)構(gòu)，不僅可保持高質(zhì)量的超疏水超疏油性能，還具有柔性、透明等新特性。相比原有的Si深刻蝕工藝，成本顯著降低。此外，高分子材料的易脫模、高精度、耐用性，使得兩次軟復(fù)制過(guò)程均可多次重復(fù)，因此顯著稀釋了制備成本。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種超疏液表面的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)涉及半導(dǎo)體加工工藝【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種超疏液表面的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近三十年來(lái)，通過(guò)模擬荷葉、水蜘蛛等自然界的微納米結(jié)構(gòu)，人們利用微機(jī)電系統(tǒng) (Micro-Electro-Mechanic System, MEMS)技術(shù)、納米技術(shù)等成功研制了許多接觸角超過(guò) 150度且易于滑動(dòng)的超疏水材料。但是表面張力低的液體，例如油類(lèi)、有機(jī)溶劑等，表面張 力通常只有水的1/3，在這種超疏水表面一般會(huì)迅速鋪展開(kāi)從而無(wú)法獲得90度以上的疏油 效果。而具有150度以上接觸角，且CAH很小的超疏油表面通常具備可靠的超疏水特性，因 此也被稱(chēng)超疏液表面。圖1為超疏液表面的結(jié)構(gòu)示意圖，包括基底11和T型微納米結(jié)構(gòu)， T型微納米結(jié)構(gòu)設(shè)置在基底11上。T型微納米結(jié)構(gòu)包括柱體12和蓋體13，蓋體13設(shè)置在 柱體的頂部。現(xiàn)有技術(shù)中，可在硅基板使用干法刻蝕整齊排列的倒懸結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)疏水疏 油的效果。但是，干法刻蝕受限于極少數(shù)材料，如硅、二氧化硅等，且加工成本高，使其很難 形成產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本申請(qǐng)要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種超疏液表面的制備方法。
[0004]本申請(qǐng)要解決的技術(shù)問(wèn)題通過(guò)以下技術(shù)方案加以解決:
[0005]—種超疏液表面的制備方法，包括:
[0006]在基板上涂覆具有黏附性的高分子涂層；
[0007]在所述高分子涂層上刻蝕獲得T型微納米結(jié)構(gòu)；
[0008]使用加熱可固化材料轉(zhuǎn)印獲得T型微納米結(jié)構(gòu)；
[0009]對(duì)所述T型微納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行疏水處理，使所述T型微納米結(jié)構(gòu)的表面形成疏水薄膜。
[0010]上述方法中，所述基板包括硅基板。
[0011]上述方法中，所述在基板上涂覆具有黏附性的高分子涂層，包括:
[0012]使用旋涂法在所述基板上涂覆具有黏附性的第一高分子涂層；
[0013]使用旋涂法在所述第一高分子涂層上涂覆具有黏附性的第二高分子涂層。
[0014]上述方法中，所述第一高分子涂層的刻蝕速率大于所述第二高分子涂層的刻蝕速率。
[0015]上述方法中，所述第一高分子涂層的刻蝕速率與所述第二高分子涂層的刻蝕速率 和比值大于等于10。
[0016]上述方法中，所述第一高分子涂層包括含有PMMA的共聚物，所述第二高分子涂層 包括SU-8光刻膠。
[0017]上述方法中，所述在所述高分子涂層上刻蝕獲得T型微納米結(jié)構(gòu)，包括:[0018]使用所述第二高分子涂層的顯影劑來(lái)顯影所述第二高分子涂層，獲得特定的微米或納米圖形；
[0019]使用特定溶劑通過(guò)顯影后的所述第二高分子涂層，刻蝕所述第一高分子涂層；
[0020]在所述第二高分子涂層和所述第一高分子涂層上形成T型結(jié)構(gòu)。
[0021 ] 上述方法中，所述顯影劑包括SU-8顯影劑，所述特定溶劑包括AR300-26顯影劑或可溶解PMMA有機(jī)溶劑。
[0022]上述方法中，所述使用加熱可固化材料轉(zhuǎn)印獲得T型微納米結(jié)構(gòu)，包括:
[0023]將液相的加熱可固化材料灌注充滿(mǎn)所述高分子涂層的倒T型微納結(jié)構(gòu)；
[0024]固化所述加熱可固化材料；
[0025]將所述加熱可固化材料從所述基板上脫模，獲得與所述倒T型微納米結(jié)構(gòu)互補(bǔ)的所述T型微納米結(jié)構(gòu)。
[0026]上述方法中，所述加熱可固化材料包括聚二甲基硅氧烷、三元乙丙橡膠、丁晴橡膠、順丁膠或氯丁膠。
[0027]由于采用了以上技術(shù)方案，使本申請(qǐng)具備的有益效果在于:
[0028]在本申請(qǐng)的【具體實(shí)施方式】中，由于在基板上涂覆具有黏附性的高分子涂層，在高分子涂層上刻蝕獲得T型微納米結(jié)構(gòu)，使用加熱可固化材料轉(zhuǎn)印獲得T型微納米結(jié)構(gòu)，再使用加熱可固化材料轉(zhuǎn)印獲得的T型微納米結(jié)構(gòu)，做為柔性模板，從而在多種可固化的高分子材料獲得T型微納米結(jié)構(gòu)，不僅可保持高質(zhì)量的超疏水超疏油性能，還具有柔性、透明等新特性。相比原有的Si深刻蝕工藝，成本顯著降低。此外，高分子材料的易脫模、高精度、耐用性，使得兩次軟復(fù)制過(guò)程均可多次重復(fù)，因此顯著稀釋了制備成本。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0029]圖1為超疏液表面的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0030]圖2為本申請(qǐng)的超疏液表面的制備方法在一種實(shí)施方式中的流程圖；
[0031]圖3為本申請(qǐng)的超疏液表面的制備方法制備的超疏液表面的不意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面通過(guò)【具體實(shí)施方式】結(jié)合附圖對(duì)本申請(qǐng)作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0033]本申請(qǐng)的過(guò)刻蝕微納結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)超疏液材料的制備方法是基于使用可控過(guò)刻蝕法刻蝕硅基板，以彈性體材料為輔助，并首次運(yùn)用雙層高分子的旋涂沉積法，將硅模板結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)印到加熱可固化材料，結(jié)合軟復(fù)制工藝，在硅基板上完成刻蝕后，通過(guò)彈性材料可多次轉(zhuǎn)印至加熱可固化材料，解決了硅基板堅(jiān)硬，難以刻蝕，使其難以在開(kāi)展工業(yè)化生產(chǎn)的難題，且實(shí)現(xiàn)材料多種化，稀釋了成本。
[0034]本申請(qǐng)使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)、三元乙丙橡膠、丁晴橡膠、順丁膠、氯丁膠等做為中間層彈性材料，聚二甲基硅氧烷(PDMS)、三元乙丙橡膠、丁晴橡膠、順丁膠、氯丁膠等均為熱固性彈性體，可將微納米結(jié)構(gòu)精確地轉(zhuǎn)印到任意加熱可固化材料，再經(jīng)簡(jiǎn)單的疏水處理，可實(shí)現(xiàn)疏水疏油的優(yōu)良性能，可重復(fù)性高，同時(shí)賦予了材料自身的特點(diǎn)，如透光性、柔韌性等。
[0035]超疏液表面包括基底11和T型微納米結(jié)構(gòu)，T型微納米結(jié)構(gòu)有多個(gè)，且設(shè)置在基底11上。T型微納米結(jié)構(gòu)包括柱體12和蓋體13，蓋體13設(shè)置在柱體的頂部。
[0036]如圖2所示，本申請(qǐng)的超疏液表面的制備方法，其一種實(shí)施方式，包括:
[0037]步驟202:在基板上涂覆具有黏附性的高分子涂層?；蹇梢赃x用硅基板。
[0038]步驟204:在高分子涂層上刻蝕獲得T型微納米結(jié)構(gòu)。
[0039]步驟206:使用加熱可固化材料轉(zhuǎn)印獲得T型微納米結(jié)構(gòu)。
[0040]步驟208:對(duì)轉(zhuǎn)印獲得的T型微納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行疏水處理，使轉(zhuǎn)印獲得的T型微納米 結(jié)構(gòu)的表面形成疏水薄膜。
[0041]本申請(qǐng)的超疏液表面的制備方法，其另一種實(shí)施方式，包括以下步驟:
[0042]步驟302:使用有機(jī)溶劑或氫氟酸清洗硅基板；
[0043]步驟304:使用旋涂法在硅基板上涂覆具有黏附性的第一高分子涂層。
[0044]在硅基板上先旋涂第一高分子涂層，第一高分子涂層的厚度在0.5微米以?xún)?nèi)，在 本實(shí)施方式中，設(shè)定第一高分子涂層的厚度為0.5微米。烘烤第一高分子涂層，烘烤時(shí)間設(shè) 定為30min。第一高分子涂層包括含有PMMA (聚甲基丙烯酸甲酯)的共聚物，在本實(shí)施方式 中，第一高分子涂層使用AR5460旋涂獲取。第一高分子涂層的厚度與T型微納米結(jié)構(gòu)的蓋 體的厚度相配合。
[0045]步驟306:使用旋涂法在第一高分子涂層上涂覆具有黏附性的第二高分子涂層。 第二高分子涂層的厚度與T型微納米結(jié)構(gòu)的柱體的厚度配合。
[0046]第二高分子涂層包括SU-8光刻膠，其旋涂厚度要在第一高分子涂層的10倍以上， 在本實(shí)施方式中，設(shè)定第二高分子涂層的厚度為10微米，烘烤時(shí)間設(shè)為40分鐘。
[0047]第一高分子涂層的刻蝕速率大于第二高分子涂層的刻蝕速率，在一種實(shí)施方式 中，第一高分子涂層的刻蝕速率與第二高分子涂層的刻蝕速率的比值大于等于10。
[0048]步驟308:使用第二高分子涂層的顯影劑來(lái)顯影第二高分子涂層，獲得特定的微 米或納米圖形。顯影劑可以使用SU-8顯影劑,如美國(guó)Microchem公司的SU-8顯影劑。
[0049]步驟310:使用特定溶劑通過(guò)顯影后的第二高分子涂層，刻蝕第一高分子涂層。特 定溶劑可使用AR300-26顯影劑，如德國(guó)AR公司的AR300-26顯影劑，也可以使用一些可以 溶解PMMA的有機(jī)溶劑，如丙酮、甲苯、乙醇等。
[0050]步驟312:在第二高分子涂層和第一高分子涂層上形成T型微納米結(jié)構(gòu)。
[0051]步驟314:將液相的加熱可固化材料灌注充滿(mǎn)高分子涂層的倒T型微納結(jié)構(gòu)。
[0052]黏附在硅基板上的第一高分子涂層和第二高分子涂層刻蝕得到T型微納米結(jié)構(gòu) 后，T型微納米結(jié)構(gòu)后周?chē)鸀榈筎型微納米結(jié)構(gòu)的空隙。使用液相、可固化的彈性體材料， 灌注充滿(mǎn)倒T型微納結(jié)構(gòu)的空隙中，并抽真空，確保液體完全充滿(mǎn)空隙且無(wú)氣泡。
[0053]步驟316:使液相的加熱可固化材料固化。加熱或紫外照射等方式固化液相的加 熱可固化材料。
[0054]加熱可固化材料包括聚二甲基硅氧烷、三元乙丙橡膠、丁晴橡膠、順丁膠或氯丁 膠。
[0055]步驟318:取出固化后的加熱可固化材料，獲得超疏液表面。待液相的加熱可固化 材料完全固化后，將具有彈性的可固化材料從倒T型微納米結(jié)構(gòu)的空隙脫模，即可獲得T型 微納米結(jié)構(gòu)的超疏液表面。
[0056]步驟320:對(duì)超疏液表面的T型微納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行疏水處理，使T型微納米結(jié)構(gòu)的表面形成疏水薄膜。
[0057]圖3為本申請(qǐng)的超疏液表面的制備方法制備的超疏液表面的不意圖,其中31為基板，32為第一高分子涂層，33為第二高分子涂層，34為加熱可固化材料。將加熱可固化材料34取出后，經(jīng)過(guò)低表面能修飾如沉積碳氟化合物薄膜或單分子自組裝，即可成為超疏液表面。使用該超疏液表面作為母版注入可固化的彈性體材料如聚二甲基硅氧烷，脫模后即可做為中間模板，再注入另一種材質(zhì)的加熱可固化材料，脫模后得到另一種材質(zhì)的超疏液表面，注入不同的材料，即可具有新的特性，例如硬質(zhì)、透光、生物兼容性等。母版和中間模板都可重復(fù)使用，因具有彈性而便于脫模。本申請(qǐng)的超疏液表面的制備方法，使得廉價(jià)、高性能、多材質(zhì)的超疏液材料成為可能，并可具有多種材料特性如柔性透明，可望用于塑料薄膜、生物及醫(yī)學(xué)材料的抗污染、低阻力表面處理等等領(lǐng)域。
[0058]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的實(shí)施方式對(duì)本申請(qǐng)所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本申請(qǐng)的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本申請(qǐng)所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本申請(qǐng)構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換。
【權(quán)利要求】
1.一種超疏液表面的制備方法,其特征在于,包括: 在基板上涂覆具有黏附性的高分子涂層； 在所述高分子涂層上刻蝕獲得T型微納米結(jié)構(gòu)； 使用加熱可固化材料轉(zhuǎn)印獲得T型微納米結(jié)構(gòu)； 對(duì)所述轉(zhuǎn)印獲得的T型微納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行疏水處理，使所述轉(zhuǎn)印獲得的T型微納米結(jié)構(gòu)的表面形成疏水薄膜。
2.如權(quán)利要求1所述的超疏液表面的制備方法，其特征在于，所述基板包括硅基板。
3.如權(quán)利要求1所述的超疏液表面的制備方法，其特征在于，所述在基板上涂覆具有黏附性的高分子涂層，包括: 使用旋涂法在所述基板上涂覆具有黏附性的第一高分子涂層； 使用旋涂法在所述第一高分子涂層上涂覆具有黏附性的第二高分子涂層。
4.如權(quán)利要求3所述的超疏液表面的制備方法，其特征在于，所述第一高分子涂層的刻蝕速率大于所述第二高分子涂層的刻蝕速率。
5.如權(quán)利要求4所述的超疏液表面的制備方法，其特征在于，所述第一高分子涂層的刻蝕速率與所述第二高分子涂層的刻蝕速率和比值大于等于10。
6.如權(quán)利要求5所述的超疏液表面的制備方法，其特征在于，所述第一高分子涂層包括含有PMMA的共聚物，所述第二高分子涂層包括SU-8光刻膠。
7.如權(quán)利要求3所述的超疏液表面的制備方法，其特征在于，所述在所述高分子涂層上刻蝕獲得T型微納米結(jié)構(gòu)，包括: 使用所述第二高分子涂層的顯影劑來(lái)顯影所述第二高分子涂層，獲得特定的微米或納米圖形； 使用特定溶劑通過(guò)顯影后的所述第二高分子涂層，刻蝕所述第一高分子涂層； 在所述第二高分子涂層和所述第一高分子涂層上形成T型結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求7所述的超疏液表面的制備方法，其特征在于，所述顯影劑包括SU-8顯影劑，所述特定溶劑包括AR300-26顯影劑或可溶解PMMA有機(jī)溶劑。
9.如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的超疏液表面的制備方法，其特征在于，所述使用加熱可固化材料轉(zhuǎn)印獲得T型微納米結(jié)構(gòu)，包括: 將液相的加熱可固化材料灌注充滿(mǎn)所述高分子涂層的倒T型微納結(jié)構(gòu)； 固化所述加熱可固化材料； 將所述加熱可固化材料從所述基板上脫模，獲得與所述倒T型微納米結(jié)構(gòu)互補(bǔ)的所述T型微納米結(jié)構(gòu)。
10.如權(quán)利要求8所述的超疏液表面的制備方法，其特征在于，所述加熱可固化材料包括聚二甲基硅氧烷、三元乙丙橡膠、丁晴橡膠、順丁膠或氯丁膠。
【文檔編號(hào)】B81C1/00GK103569950SQ201310471760
【公開(kāi)日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月11日
【發(fā)明者】吳天準(zhǔn), 袁麗芳, 王磊, 王智偉, 項(xiàng)榮, 湯子康 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院