[发明专利]聚电解质多层膜上构建物理图案的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚电解质多层膜上构建物理图案的方法。具体说是利用硅 橡胶与多层膜之间的毛细力使溶胀的多层膜在高温下流动，溶剂挥发完毕后， 多层膜停止运动，得到图案化表面。

背景技术

制备聚电解质多层膜的方法是基于聚合物阴阳离子静电作用在基底上的层 层自组装。此方法的优势在于，由于可利用多种化学基团，因而可用来制备功 能可控的聚合物薄膜；这种方法构建的多层膜可以在纳米尺度上精确调控膜的 厚度：可以从几个埃到几百纳米甚至几个微米；对基底的形状没有限制，无论 是平面、弯曲表面还是小球的表面都可以进行组装；此外，电解质溶液的盐浓 度、溶剂类型、pH值、温度等因素可以精确控制多层膜的增长厚度、粗糙度、 密度、水含量、模量等。这些性质使聚电解质多层膜无论在生产还是基础研究 中都引起人们很大的关注，使之应用到催化装置、电子和光学设备、传感器及 生物医用产品中。

在基材上构建微米或纳米图案在集成电路、信息存储、微流道、传感器和 生物芯片等方面具有重要作用。目前，对聚电解质多层膜的图案化处理一般集 中在化学图案的构建或通过共价键等力的作用来进行表面修饰，例如：化学图 案表面选择性沉积、喷墨压印(inkjet imprinting)、光图案化技术(photopattern technology)、剥离技术(lift-offtechnology)、多层膜转移印刷术(multilayer transfer printing)、微接触印刷术(microcontact printing)等。由于聚电解质多层膜的化 学性质不同，利用化学方法通常不具有普适性。通过溶剂对多层膜的增塑作用 来实现多层膜的微成型具有一定的普适性，对多层膜化学性质限制少，易于构 建物理图案。目前有压缩与压印两种技术。压缩时采用的压力小，形变产生的 原因是垂直方向大分子链对外界应力变化调整构象，高分子链相互靠近，自由 体积减小，膜结构更加致密；压印中采用的压力更大，导致大分子链在水平和 垂直方向上流动来形成图案，因而图案的高度受压力影响。目前的聚电解质多 层膜的成型方法都依靠外部施加压力使其成型，而过大的压力易导致基底或硬 模具的断裂。另外，这些成型方法中成型时间通常需要几个小时。因此如何在 短的成型时间内形成稳定的图案，减少成型压力或无需外力是该技术发展的重 点。目前，此类聚电解质多层膜的压缩技术尚未见文献报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种在平面聚电解质多层膜上构建物理图案的方法， 其过程无需外力，成型时间短，成型图案的高度和结构可调控。

聚电解质多层膜上构建物理图案的方法，包括以下步骤：

1)将1mg/mL的聚乙烯基亚胺溶解在水中，得到聚乙烯基亚胺水溶液， 1mg/mL的聚苯乙烯磺酸钠和1mg/mL的聚二烯丙基甲基铵盐酸盐分别溶解在 1mol/L的NaCl溶液中，得到聚苯乙烯磺酸钠和聚二烯丙基甲基铵盐酸盐的氯化 钠溶液；

2)将基底浸泡在体积比为7∶3的浓硫酸和双氧水的混合液中进行清洁，冲 洗，烘干；

3)将清洁后的基底浸泡于聚乙烯基亚胺水溶液中30分钟，三蒸水清洗后， 交替浸泡到带有负电的聚苯乙烯磺酸钠的氯化钠溶液和带有正电的聚二烯丙基 甲基铵盐酸盐的氯化钠溶液，在组装预定层数后得到聚苯乙烯磺酸钠/聚二烯丙 基甲基铵盐酸盐多层膜，用水清洗，去除表面多余盐分，氮气吹干；

4)利用微量注射器滴加溶剂到步骤3)的多层膜上，使多层膜上均匀覆盖一层 溶剂，将带有图案的硅橡胶印章盖到此多层膜上，然后放到20-70℃的烘箱中， 挥发去除溶剂，揭掉印章，获得图案化聚电解质多层膜。

本发明中所用的基底可以为硅片、玻璃片或石英片。所用的溶剂可以为水 或水与乙醇的混合液。

本发明在溶剂的作用下，聚电解质多层膜与印章之间存在毛细力作用，同 时溶胀的聚电解质多层膜在高温及毛细力作用下流动，从而可在无外力下产生 图案。所得的图案高度或图案结构可通过改变多层膜厚度、成型温度和所用的 溶剂来控制。

本发明方法构建物理图案过程中无需外力，操作简单。成型时间短，有利 于提高生产效率。所得图案化表面有望用于光学、组织工程、传感器等领域。

附图说明

图1是硅片表面组装不同层数聚苯乙烯磺酸钠/聚二烯丙基甲基铵盐酸盐多 层膜的椭圆偏振光谱测试结果；