[发明专利]一种超疏液薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超疏液薄膜及其制备方法，属于半导体加工工艺技术领域。

背景技术

近三十年来，通过模拟荷叶、水蜘蛛等自然界的微纳米结构，人们利用微机电系统(Micro-Electro-MechanicSystem，MEMS)技术、纳米技术等成功研制了许多接触角超过150度且易于滑动的超疏水表面材料。但是表面张力低的液体，例如油类、有机溶剂、加入表面活性剂的水等，表面张力通常只有水的1/3，这些液体在超疏水表面一般会迅速浸润并铺展开，而且被浸润后的超疏水表面也将失去超疏水效果。而对任何液体都具有150度以上接触角、且接触角滞后很小的超疏液表面不仅具备可靠的超疏水特性，而且对于油类、有机溶剂、加入表面活性剂的水等都具有可靠的超疏特性。

超疏液表面是由于表面存在的倒悬微纳米结构产生向上的Laplace压力支撑液滴重力而使得液滴悬浮的，但目前报道的超疏液表面，绝大部分是利用纳米技术研制而成的不规则、无法精确控制微纳米特征的结构组成，该结构存在性能重复性差、均匀性差、疏油效果有限、难以实现大面积应用等缺陷。现有技术中，可在硅基板使用干法刻蚀整齐排列的倒悬结构，可以实现疏水疏油的效果。但是，干法刻蚀受限于极少数材料，如硅、二氧化硅等，且加工成本高昂，使其很难形成产业化生产。吴天准等人提出了一种软复制工艺，可以通过两次转印将模板表面的倒悬微纳结构复制到各种柔性可固化材料上，从而打破了超疏液表面制备的材料和工艺两大瓶颈。然而，通过这种软复制工艺制备获得的超疏液表面仍然仅限于柔性可固化材料，使得超疏液表面难以应用到现有物品上，而且由于表面必须是平面才能转印，这也大大限制了超疏液表面的使用范围。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种超疏液薄膜及其制备方法，该方法制备的超疏液薄膜具有高度的透明性、柔性、可拉伸性、良好的粘附性以及良好的自清洁特性。

为达到上述目的，本发明提供了一种超疏液薄膜的制备方法，其流程如图1所示。该方法包括以下步骤：

(1)对具有T型微纳结构的原始模板进行疏水处理并浇筑第一弹性可固化材料，在固化之后，将所述第一弹性可固化材料脱模，得到表面具有T型微纳米结构的中间体；

(2)利用软复制工艺将所述中间体表面的T型微纳米结构转印到第二可固化材料上，将第二可固化材料从中间体剥离后，得到表面具有T型微纳米结构的结构体；

(3)对所述结构体具有T型微纳米结构的一侧表面进行疏水处理，形成疏水单分子涂层，完成超疏液薄膜的制备。

在上述制备方法中，优选地，在步骤(1)中，所述疏水处理包括以下方式：

使用化学气相沉积工艺处理加热原始模板上的T型微纳米结构的表面，在T型微纳米结构的各个方向使用等离子状态下的碳氟化合物气源进行沉积，在T型微纳米结构的表面生成具有疏水性的碳氟化合物涂层；

或者，使用单分子自组装工艺在原始模板的T型微纳米结构的表面进行化学反应，在T型微纳米结构的表面生成具有疏水性的碳氟化合物涂层；

优选地，所述具有T型微纳结构的原始模板包括通过干法刻蚀得到的模板，也可以是其他方法制备的T型微纳结构模板；

优选地，所述碳氟化合物包括三甲基氯硅烷(TMCS)、六甲基二硅胺(HMDS)和全氟癸基三氯硅烷(PFTS)中的一种或几种的组合。

在上述制备方法中，优选地，在步骤(1)中，浇筑第一弹性可固化材料包括：

将液相的第一弹性可固化材料灌注到经过疏水处理的原始模板的T型微纳结构之中，并抽真空，使液相的第一弹性可固化材料覆盖原始模板的表面并且无气泡；

固化所述第一弹性可固化材料，该固化可以通过加热(例如烘烤)或紫外照射等方式进行；

在固化之后，将所述第一弹性可固化材料从原始模板上脱模，得到表面具有与原始模板表面的T型结构互补的T型微纳米结构的中间体。

在上述制备方法中，优选地，所述第一弹性可固化材料包括聚二甲基硅氧烷、三元乙丙橡胶(PDMS)、丁腈橡胶、顺丁胶和氯丁胶中的一种或几种的组合。本发明使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)、三元乙丙橡胶、丁腈橡胶、顺丁胶、氯丁胶等作为中间层弹性材料，聚二甲基硅氧烷(PDMS)、三元乙丙橡胶、丁腈橡胶、顺丁胶、氯丁胶等均为热固性弹性体，可将微纳米结构精确地转印到任意加热可固化材料，再经简单的疏水处理，可实现疏水疏油的优良性能。

在上述制备方法中，优选地，在步骤(2)中，所述转印包括：