[发明专利]基于交联控制转移印刷的PDMS弹性体微纳加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及软物质的微纳米加工技术，具体涉及一种利用交联控制转移印刷法进行PDMS表面图案化的工艺方法。

背景技术

聚二甲基硅氧烷(PDMS)是一种最广泛使用的硅基有机聚合物材料。PDMS作为一种有机硅橡胶，在户外绝缘材料、填缝剂、润滑剂、人体整形植入等方面有着很多用途，更为重要的是其在微纳制造中有着独特的应用前景。在微纳尺度上，PDMS厚/薄膜广泛应用于软刻蚀技术、微/纳流体控制、微/纳电子机械系统、生物传感等诸多领域。这些应用都依赖于PDMS的表面微结构化。然而目前PDMS弹性体的微纳米加工技术却十分有限，且受限于加工形式、难以制备复杂精细表面图案结构。与此同时，印刷法作为一种简单、便捷、适用性广泛的图案化技术越来越受到学术界的重视。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种基于交联控制的微转移印刷法，制备PDMS微纳米结构图案。本发明选用平面PDMS片为基底，以复制模铸法制备的表面带有简单微结构图案的PDMS为转移印刷印章，通过对PDMS印章和基底制备过程中交联剂含量的不同引入内聚能(“软/硬”)差异，转移“墨水”来自印章或基底中较“软”的一方，从而实现平面PDMS基底表面的可控图案化。这一方法避免了昂贵仪器的使用以及繁琐复杂的操作步骤，是一种通用的PDMS微纳加工方法。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种基于交联控制转移印刷的PDMS弹性体微纳加工方法，包括以下步骤：

步骤一、利用复制模铸法制备带有表面微结构的PDMS膜作为转移印刷的印章：将PDMS预聚体和交联剂按质量比为m:1混合，其中，m＝10或20；用玻璃棒充分搅拌形成均匀的预聚合物；将上述预聚合物在循环水式多用真空泵中脱气1小时后，浇筑到母模板上；在70℃下加热4h进行固化；揭下的膜即为所得；

步骤二、利用浇筑法制备PDMS膜作为转移印刷的基底：将PDMS预聚体和交联剂按质量比为n:1混合，其中n＝5～30，且m＝n+10或m＝n-10；用玻璃棒充分搅拌形成均匀的预聚合物；将上述预聚合物在循环水式多用真空泵中脱气1小时后，浇筑到表面皿中；在70℃下加热4h进行固化；获得厚度可调的PDMS膜；

步骤三、对步骤一制备得到的印章或对步骤二制备得到的基底同时进行氧等离子体表面活化处理0.5min，然后立即将上述处理后的印章和基底贴合并在鼓风干燥箱中100℃下加热保温1h，随炉冷却至室温，取下印章，得到表面具有凹陷或凸起图案的PDMS膜。

进一步讲，步骤二中PDMS预聚体和交联剂的质量比与步骤一中PDMS预聚体和交联剂质量比不同，从而获得一组硬印章/软基底的组合或是一组软印章/硬基底的组合。

若将步骤一制备印章和步骤二制备基底的过程中PDMS预聚体和交联剂的质量比记为：交联参数为PDMS_(m:1)/PDMS_(n:1)，本发明中优选的交联参数如下：PDMS_(10:1)/PDMS_(20:1)、PDMS_(10:1)/PDMS_(30:1)、PDMS_(20:1)/PDMS_(5:1)、PDMS_(20:1)/PDMS_(10:1)。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明制备方法中，通过预先调节PDMS印章及基底制备过程中交联剂含量来调控PDMS“墨水”转移方向，从而达到对PDMS平面基底的可控图案化。本发明的方法具有简单，便捷，适用范围广的特点。尤其是可以简单地通过改变交联剂含量实现PDMS表面图案的精细调控，这是目前其他技术难以达到的。

附图说明

图1为本发明实施例1得到的PDMS印章的原子力显微镜图片；

图2为本发明实施例1得到的表面图案化PDMS基底的原子力显微镜图片；

图3为本发明实施例2得到的表面图案化PDMS基底的原子力显微镜图片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。

实施例1：制备表面图案化的PDMS膜，步骤如下：