[发明专利]基于模板诱导自组装的液体微阵列制备方法

说明书

技术领域

本发明属于微纳制造技术领域，具体涉及一种基于模板诱导自组装的液体微阵列制备方法。

背景技术

开发具有高效率、低成本、高分辨率特征，以达到大幅面、低成本、高产能、大面积、液体微阵列，是目前特别是可变焦光学系统的研究重点之一。特别是在轻巧便捷的成像应用中，突破上述方面的挑战，将会为可调焦微透镜阵列技术的产业应用做出重要贡献。可调焦液体微阵列早期均以微液滴的形式出现，虽然微液滴阵列制作工艺简单，但是因为平面微液滴容易发生自然融合现象，在阵列化方面存在困难，难以保证液滴的一致性、周期性。因此，现在的液体微阵列均以微孔内嵌的液滴为单元，获得一致性好、孔径微米级的周期性液体微阵列。但是，液体的表面张力普遍较大，难以注入微米级的模板孔内，使得液体的注入成为急需解决的问题。

目前液体微阵列制备方法主要有微3D喷墨打印方法和溶剂辅助填充方法。微3D喷墨打印方法作为典型的微加工技术手段，因具有制造的精确性及低成本、高效率特征，又具有较高的可控性、一致性、稳定性，而广泛的应用于液体阵列的制造。然而受限于墨水特性及喷墨结构的设置，微3D喷墨打印技术不适用于表面张力大，尺寸结构小的液体微阵列结构的制造，且在调节液滴矢高方面受限于复杂的喷墨打印定位装置，难以对微液滴面形进行精确控制。

溶剂辅助填充作为一种新型液体微阵列制造方法，将高表面张力的液体和低表面张力的液体按一定的配比混合后，表面张力大幅度降低的混合液体较易填充到微孔中。控制温度，使低表面张力的液体先从混合溶液中挥发，高表面张力的液体遗留在微孔中，获得高密度的液体微阵列。这种方法虽然降低了界面张力对微流体注入的影响，但是在表面张力的作用下，液体薄膜将自然收缩成球冠状液滴，难以获得像固体薄膜一样的均匀厚度，从而影响液体微透镜阵列的均一性，且难以完全去除添加的乙醇，无法保证微阵列材料的单一性。

综上，微3D喷墨打印方法或者溶剂辅助填充方法都将造成不均匀的填充，无法保证液体微孔阵列的均一性。这是由液体流动变形的本质所决定的，是液体微阵列制造所共同面临的一个技术瓶颈。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种新型的基于模板诱导自组装的液体微阵列制备方法，能够高效率、低成本的生产大面积、高占空比的液体微阵列。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于模板诱导自组装的微阵列制备方法，包括以下步骤：

1)微孔阵列模板制造：通过光刻、ICP干法刻蚀以及微纳米压印的方法在所选用的基底上获得微孔阵列模板4；

2)微孔阵列模板的表面疏水处理：将步骤1)所得的微孔阵列模板4经过C₄F₈氟化低表面能处理获得疏水表面；

3)液体微阵列的制造：将步骤2)所得的具有疏水表面的微孔阵列模板4完全浸入供液槽1内的液体2中，并保证微孔阵列模板4的图形区顶部与液体2的表面至少1cm的距离，微孔阵列模板4连同供液槽1一起放置真空箱中，在真空度为0.1Pa下保持10min，同时对供液槽1内液体2进行加热，通过珀耳帖元件实时控制供液槽1内液体2的温度T在20℃-100℃，使微孔阵列模板4孔中完全填充液体2；

通过线位移控制系统匀速提拉微孔阵列模板4，线位移控制系统包括步进电机5、线位移导轨6、PLC自动控制系统7，将微孔阵列模板4固定在步进电机5操控的平移台下方，使微孔阵列模板4与供液槽1内液体2液面垂直，PLC自动控制系统7控制步进电机5将微孔阵列模板4从供液槽1中提拉出，步进电机5施加的力≥10N，微孔阵列模板4最低速度不低于0.16mm/s；

当微孔阵列模板4完全从供液槽1中提拉出来之后，即得到液体微阵列3。

所述步骤1)中微孔阵列模板4的微孔直径为100μm以上，微孔深度为直径的1/5以上，占空比最大达95％。

所述步骤2)中微孔阵列模板4经过C₄F₈氟化低表面能处理获得疏水表面，其接触角为106°。

所述步骤3)中的液体2的光透过性大于80％，20℃表面张力大于40mN/m。

所述步骤3)中的液体2为丙三醇液体。

与现有的技术相比，本发明具有以下的有益效果：