[发明专利]有机硅模具及其使用

说明书

技术领域

本发明涉及成形制品(例如反光立体角片材、菲涅耳透镜元件、 衍射光栅、影碟、光子晶体结构、微流体通道和眼科镜片等)的制备 中使用的有机硅模具和具有微结构和/或纳米结构的表面的复制，以及 该模具的制备工艺。

背景技术

减少制品和装置的尺寸在商业和工业应用中受到关注，例如在电 子领域中装置已经做得越来越小。例如，微结构化的器件和纳米结构 化的器件可用于例如平板显示器、化学传感器和生物吸收基底的制品 中。已发现微结构化的制品在(例如)电致发光装置、显示装置的场 发射阴极、微流体膜和图案化电子元件和电路中具有商业实用性。

各种基于模具的微复制和纳米复制技术已有报道，例如纳米压花 光刻、纳米压印光刻、紫外纳米压印光刻和步进-闪光压印光刻。在纳 米复制过程中，复制品的质量可受到界面现象(例如模具和复制的聚 合图案之间的润湿性和粘附性)的负面影响。由于上述特征的高表面- 体积比，这种效应对纳米级特征而言尤其重要。纳米复制应用中，凡 是模具的图案尺寸非常小(大约为微米到纳米)的，不能使用常规的 涂布技术，因为模具上的厚隔离层可改变图案的特征尺寸。

发明内容

本发明提供有机硅模具，其包含氧化的三维图案化表面和在图案 化表面上的全氟醚硅烷脱模剂层。优选地，脱模剂层包括模具的氧化 的图案化表面上的自组装单层。本发明通过证明从有机硅母板模具进 行有机硅复制品模具造模中可以重复使用的模具，克服了本领域的难 题，其中母板的保真度很少降低或没有降低。

在另一个实施例中，本发明提供复制方法，包括提供包含氧化的 图案化表面以及在该图案化表面上的全氟醚硅烷脱模剂层的有机硅模 具(“第一代阴模”)，添加一种有机硅树脂(未固化的有机硅)与 所述模具的图案化表面接触，固化有机硅树脂，以及将固化的有机硅 树脂从模具分离，从而得到第二代子模。应当理解，第一代阴模具有 的图案是初始母板模具的负像(例如通过照相平版印刷术制备)，而 第二代子模是第一代阴模的负像，或与母板模具相同。

在另一个实施例中，本发明提供了制备第一代阴模的方法，步骤 包括：提供母板模具，使母板模具与固化性有机硅树脂接触，使固化 性有机硅树脂固化，将其表面具有三维图案的固化的有机硅树脂模具 从母板模具上移除，对图案化表面进行等离子体处理；使图案化表面 与脱模剂接触，从而得到第一代阴模，其可以用来制备例如第二代子 模的成形制品。

固化性有机硅树脂，例如基于聚二甲基硅氧烷(PDMS)的聚合物最 近已在纳米模铸和微米模铸中得到应用，因为这些材料具有耐久性、 化学惰性和低表面能，并且成本低、易处理。然而，在不采用特殊的 压力或真空环境时，有机硅的表面疏水性高通常会抑制高宽比高的结 构的顺利模铸，该环境可能引起有机硅模具的结构变形。为解决该问 题，人们已经尝试通过氧等离子体、电晕放电和紫外/臭氧处理将疏水 性有机硅表面转化为亲水性SiO_x表面。然而，这些类型的表面改性通 常会过度增强复制品和模具之间的粘附力，从而增大微米模铸工艺中 脱模步骤的难度。

多种聚合物，例如丙烯酸聚合物、环氧树脂和聚氨酯可直接从有 机硅模具复制，无需任何表面处理，因为有机硅表面能低，并且其自 身可在复制过程中充当脱模剂。然而，如果想要从有机硅母板模具制 备有机硅复制品模具，一种方法是使有机硅模具金属化。例如，S.H.Park 等人在“Fabrication Of PDMS Replica Using Nano Replication Printing Process And Vacuum Pressure-Difference Technique”(使用纳米复制印 刷工艺和真空压差技术制造PDMS复制品)中所述，在施用有机硅进 行复制前，将薄金(30nm)层沉积在有机硅母板图案上，以便抑制母板和 有机硅复制品粘结。在这个方法中，制作每一个复制品时都需要将金 涂布到有机硅母板上，这就增加了操作时间并使工艺成本更昂贵。

希望从第一代有机硅负像制备第二代有机硅子模，因为这样允许 制备母板模具的多个复制品，这些复制品可以用来制备成形制品而无 需依靠母板，并且可以平铺以更有效地生产此类成形制品。

如本文所用，冠词“一”、“一个”和“该”与“至少一种”可 互换使用，以表示所述要素中的一者或多者。