微納復(fù)合結(jié)構(gòu)模板及其制造方法
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微納加工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種微納復(fù)合結(jié)構(gòu)模板及其制造方法?！尽颈尘凹夹g(shù)】】
[0002]微納復(fù)合結(jié)構(gòu)在許多領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值，例如具有自清潔功能的超親水/超疏水結(jié)構(gòu)、可自由行走于墻壁的蜘蛛人手足結(jié)構(gòu)等等。目前，微納復(fù)合結(jié)構(gòu)的制作通常需要分別進(jìn)行微結(jié)構(gòu)制作和納結(jié)構(gòu)制作，既兩步制作來完成，這不僅增加了制作成本，而且制作過程中還需要保證微、納結(jié)構(gòu)的高精度對準(zhǔn)。
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【發(fā)明內(nèi)容】
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[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種微納復(fù)合結(jié)構(gòu)模板及其制造方法，該微納復(fù)合結(jié)構(gòu)模板由金屬或聚合物材料制成，其工藝簡便，成本低；在壓印工藝中，利用該模板實現(xiàn)微納復(fù)合結(jié)構(gòu)的一步式、低成本制造。
[0004]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0005]微納復(fù)合結(jié)構(gòu)模板的制備方法，包括以下步驟:
[0006](I)將鋁薄片清潔干凈；
[0007](2)在清潔的鋁薄片表面涂敷一層光刻膠；
[0008](3)對鋁薄片上的光刻膠進(jìn)行微圖形化加工，形成光刻膠的微米圖形結(jié)構(gòu)；
[0009](4)以光刻膠微米圖形結(jié)構(gòu)為掩膜進(jìn)行刻蝕，對鋁薄片進(jìn)行圖形化加工；
[0010](5)去除鋁薄片表面的光刻膠圖形化結(jié)構(gòu)層，得到的鋁薄片上形成的微米級凸起和凹下結(jié)構(gòu)，制得微圖形化的鋁薄片；
[0011](6)采用陽極氧化法，將上步得到的微圖形化的鋁薄片作為陽極，以銅或鉑作為陰極，浸沒于電解液中，進(jìn)行電解，在鋁薄片的微米級凸起和凹下結(jié)構(gòu)上形成納米級的孔陣列；
[0012](7)將鋁薄片從電解液中取出，清洗干凈即得到具有微納復(fù)合結(jié)構(gòu)的鋁薄片；
[0013](8)采用電鑄法，以步驟(7)中得到的具有微納復(fù)合結(jié)構(gòu)的鋁薄片為母板，在金屬電解液中進(jìn)行電鑄，形成與鋁薄片上微納復(fù)合結(jié)構(gòu)互補(bǔ)的微納復(fù)合結(jié)構(gòu)模板；
[0014](9)去除鋁薄片母板，得到微納復(fù)合結(jié)構(gòu)模板，其材質(zhì)為金屬。
[0015]優(yōu)選的，所述微納復(fù)合結(jié)構(gòu)模板的微米結(jié)構(gòu)為凹凸結(jié)構(gòu)，而納米結(jié)構(gòu)為凹凸結(jié)構(gòu)上的納米柱陣列。
[0016]優(yōu)選的，采用澆筑法，將液態(tài)的聚合物澆筑于步驟(9)制得的金屬材質(zhì)的微納復(fù)合結(jié)構(gòu)模板上，然后固化聚合物，得到聚合物材料的微納復(fù)合結(jié)構(gòu)模板；該聚合物材料的微納復(fù)合結(jié)構(gòu)模板，其微米結(jié)構(gòu)為凹凸結(jié)構(gòu)，而納米結(jié)構(gòu)為凹凸結(jié)構(gòu)上的納米孔陣列。
[0017]優(yōu)選的，步驟(4)中所述刻蝕為濕法刻蝕或者電解刻蝕。
[0018]優(yōu)選的，步驟(6)中電解液為0.3M的草酸，電解電壓為40V。
[0019]微納復(fù)合結(jié)構(gòu)模板的制備方法，包括以下步驟:
[0020](I)將鋁薄片清潔干凈；
[0021](2)在清潔的鋁薄片表面涂敷一層光刻膠；
[0022](3)對鋁薄片上的光刻膠進(jìn)行微圖形化加工，形成光刻膠的微米圖形結(jié)構(gòu)；
[0023](4)以光刻膠微米圖形結(jié)構(gòu)為掩膜進(jìn)行刻蝕，對鋁薄片進(jìn)行圖形化加工；
[0024](5)去除鋁薄片表面的光刻膠圖形化結(jié)構(gòu)層，得到的鋁薄片上形成的微米級凸起和凹下結(jié)構(gòu)，制得微圖形化的鋁薄片；
[0025](6)采用陽極氧化法，將上步得到的微圖形化的鋁薄片作為陽極，以銅或鉑作為陰極，浸沒于電解液中，進(jìn)行電解，在鋁薄片的微米級凸起和凹下結(jié)構(gòu)上形成納米級的孔陣列；
[0026](7)將鋁薄片從電解液中取出，清洗干凈即得到具有微納復(fù)合結(jié)構(gòu)的鋁薄片；
[0027](8)采用澆筑法，將液態(tài)的聚合物澆筑于鋁薄片母板表面，然后使聚合物固化；然后去除鋁薄片母板，得到聚合物材料的微納復(fù)合結(jié)構(gòu)模板；此聚合物材料的微納復(fù)合結(jié)構(gòu)模板的微米結(jié)構(gòu)為凹凸結(jié)構(gòu)，而納米結(jié)構(gòu)為凹凸結(jié)構(gòu)上的納米柱陣列。
[0028]優(yōu)選的，在微米結(jié)構(gòu)為凹凸結(jié)構(gòu)，而納米結(jié)構(gòu)為凹凸結(jié)構(gòu)上的納米柱陣列的聚合物材料的微納復(fù)合結(jié)構(gòu)模板表面沉積一薄金屬層，然后采用電鑄法，在電解液中得到金屬材料的微納復(fù)合結(jié)構(gòu)模板；該金屬材料的微納復(fù)合結(jié)構(gòu)模板的微米結(jié)構(gòu)為凹凸結(jié)構(gòu)，而納米結(jié)構(gòu)為凹凸結(jié)構(gòu)上的納米孔陣列。
[0029]優(yōu)選的，步驟(4)中所述刻蝕為濕法刻蝕或者電解刻蝕。
[0030]優(yōu)選的，步驟(6)中電解液為0.3M的草酸，電解電壓為40V。
[0031 ] 微納復(fù)合結(jié)構(gòu)模板的制備方法所制備的微納復(fù)合結(jié)構(gòu)模板。
[0032]本發(fā)明提出的微納復(fù)合結(jié)構(gòu)模板，其材料可由金屬或聚合物材料制成；其微納復(fù)合結(jié)構(gòu)包括微米和納米兩層結(jié)構(gòu)。其中，微米結(jié)構(gòu)是微米級的凹凸結(jié)構(gòu)；納米結(jié)構(gòu)是納米柱陣列或納米孔陣列兩種形式。
[0033]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果:本發(fā)明提供一種微納復(fù)合結(jié)構(gòu)模板及其制造方，該方法通過在金屬鋁上覆蓋圖形化的光刻膠層，并進(jìn)行刻蝕，以在鋁片上形成預(yù)定圖案的微米結(jié)構(gòu)，該微米結(jié)構(gòu)為間隔設(shè)置微米級凸起和微米級凹陷所構(gòu)成；然后通過陽極氧化法在微米結(jié)構(gòu)上形成納米級孔洞陣列；通過電鑄，制備出與鋁薄片上微納復(fù)合結(jié)構(gòu)互補(bǔ)的具有微納復(fù)合結(jié)構(gòu)模板；利用所制備的微納復(fù)合結(jié)構(gòu)模板變可以直接進(jìn)行壓印制備微納復(fù)合結(jié)構(gòu)。該方法工藝簡便，成本低；在壓印工藝中，利用該模板實現(xiàn)微納復(fù)合結(jié)構(gòu)的一步式、低成本制造。
【【附圖說明】】
[0034]圖1為微納復(fù)合結(jié)構(gòu)模板的結(jié)構(gòu)示意圖；其中，圖1(a)中微納復(fù)合結(jié)構(gòu)模板的微米結(jié)構(gòu)為凹凸結(jié)構(gòu)，而納米結(jié)構(gòu)為凹凸結(jié)構(gòu)上的納米孔陣列；圖1(b)中微納復(fù)合結(jié)構(gòu)模板的微米結(jié)構(gòu)為凹凸結(jié)構(gòu)，而納米結(jié)構(gòu)為凹凸結(jié)構(gòu)上的納米柱陣列。
【【具體實施方式】】
[0035]本發(fā)明一種微納復(fù)合結(jié)構(gòu)模板的制造方法，包括以下步驟:
[0036](I)采用高純度的金屬鋁薄片(如市售的純度99.9%、厚度0.3mm的鋁片)，將其依次分別放入丙酮、乙醇、去離子水(均為市售)等溶液中，通過超聲(市售的超聲清洗機(jī))的方式對鋁薄片進(jìn)行清洗，每次清洗lOmin，使鋁薄片表面潔凈；
[0037](2)采用離心鋪膠、噴膠或絲網(wǎng)印刷方法將液態(tài)的光刻膠材料(如市售的AZ1500)涂敷到鋁薄片表面，并在其表面上均勻分布；
[0038](3)采用光刻或壓印工藝，對鋁薄片上的光刻膠進(jìn)行微圖形化加工，形成光刻膠的微米圖形結(jié)構(gòu)；
[0039](4)以光刻膠微米圖形結(jié)構(gòu)為掩膜，利用濕法刻蝕(如稀鹽酸或氫氧化鈉溶液)或電解刻蝕(陽極氧化刻蝕)對鋁薄片進(jìn)行圖形化加工；
[0040](5)去除鋁薄片表面的光刻膠圖形化結(jié)構(gòu)層(如丙酮溶解光刻膠)，得到的鋁薄片上形成的微米級凸起和凹下結(jié)構(gòu)，制得微圖形化的鋁薄片；
[0041](6)采用陽極氧化法，將上步得到的微圖形化的鋁薄片作為陽極