[发明专利]一种采用室温反压印技术制备高分辨率热塑性聚合物图案的方法

说明书

本发明涉及一种采用室温反压印技术制备高分辨率热塑性聚合物图案的方法，该制备方法包括以下步骤：(1)首先将热塑性聚合物固体溶解到溶剂中；(2)然后将热塑性聚合物溶液旋涂在表面具有凸凹结构的软模板上，并保证不完全填充软模板的凹陷结构处；(3)使得步骤(2)中软模板上的热塑性聚合物表面亲水；(4)最后室温下将步骤(3)得到的软模板与亲水基底接触5～600s，再将软模板剥离，软模板凹陷结构的侧壁表面的聚合物转移到基底表面，得到分辨远高于软模板结构的热塑性聚合物图案。本发明涉及的室温反压印技术可以在常温、常压下快速制备高分辨率的热塑性聚合物图案，并且可以实现在曲面上的压印。

技术领域

本发明涉及材料微纳加工技术领域，尤其涉及一种采用室温反压印技术制备高分辨率热塑性聚合物图案的方法。

背景技术

具有高分辨率有序图案的功能材料在电子学、光学、仿生学、医学、能源等领域的应用日益广泛，引起了人们的广泛关注。目前制备高分辨率图案的方法有两种类型：自上而下、自下而上。CN102627028A报道了一种基于墨滴自发去浸润制备高分辨率图案的方法，利用墨滴中的分散剂在蒸发过程中墨滴自发进行去浸润，导致墨滴在基材上的体积发生收缩，沉积面积减小，墨滴中的分散剂蒸发完毕后，最终收缩成一个微小的点,从而实现高分辨率图案的制备。CN105579906A报道了以有机金属溶液为主的高分辨率图案化组合物，所述图案化可涉及辐照具有所选图案的经涂布表面和用显影剂使所述图案显影以形成经显影的图像。

高分辨率的热塑性聚合物图案普遍通过纳米压印的方法得到，即加热到热塑性聚合物的玻璃转化温度以上后通过加压使聚合物不完全填充模板凹凸结构来制备。但这种方法需要高温高压的环境、高分辨率的模板、昂贵的设备及长时间的操作，且很难在曲面基底和聚合物软基底表面进行压印。

发明内容

本发明目的是为了克服传统制备高分辨率热塑性聚合物图案过程中高温高压、耗时长及设备昂贵的缺点，提供一种室温条件下高效制备高分辨热塑性聚合物图案的方法。实现热塑性聚合物常温、常压、快速的图案化，适用于软基底、硬基底、平面基底及曲面基底，利于该方法的推广。

按照本发明提供的技术方案，所述的一种采用室温反压印技术制备高分辨率热塑性聚合物图案的方法，其特征是，包括以下步骤：

(1)首先通过超声和加热，将热塑性聚合物固体溶解到溶剂中，溶剂的选择遵循相似相容的极性原则，得到热塑性聚合物溶液；

(2)然后将热塑性聚合物溶液旋涂在表面具有凸凹结构的软模板上，通过控制热塑性聚合物溶液的浓度、旋涂速度和旋涂时间，保证热塑性聚合物不完全填充软模板的凹陷结构处，附着在软模板凹陷结构的侧壁表面；

(3)然后通过氧等离子体或紫外臭氧处理，使得步骤(2)中软模板上的热塑性聚合物表面产生大量羟基，从而达到亲水效果；

(4)最后在室温下将步骤(3)得到的表面附有热塑性聚合物的软模板与亲水基底接触，热塑性聚合物表面的羟基与基底表面的羟基发生氢键作用，经过5～600s后，将软模板从基底表面分离，软模板凹陷结构的侧壁表面的聚合物转移到基底表面，得到分辨远高于软模板结构的热塑性聚合物图案。

进一步的，步骤(1)中的热塑性聚合物包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚二丁烯、聚乙烯醇、聚苯乙烯-丁二烯共聚物、聚对苯乙烯-聚氧化乙烯共聚物、ABS树脂、聚丙烯酰胺、聚环氧乙烷。

进一步的，步骤(2)、(3)及(4)中的软模板包括聚二甲基硅氧烷模板、三元乙丙橡胶模板、全氟聚醚模板、聚氨酯丙烯酸酯模板。

进一步的，步骤(4)中的基底包括平面及曲面的硅片、氧化硅片、砷化镓片、石英片、导电玻璃片、聚合物片。

进一步的，步骤(4)中的亲水基底是通过氧等离子体、紫外臭氧或亲水溶液处理基底而得到的。