[发明专利]一种基于力学原理的表面具有微结构的高弹性基体及方法

说明书

本发明公开了一种基于力学原理的表面具有微结构的高弹性基体及方法。本发明通过在高弹性基底表面制备微结构，对薄膜内部的应变进行隔离，大大降低薄膜内部由于热失配、残余应力等原因产生的应变，有效减缓了在弹性基底表面镀膜产生褶皱的现象；本发明的方法用于制备柔性电子器件，能够有效避免传统柔性电子器件制备工艺中的转印工艺，大大提高柔性电子器件制备的良品率；本发明工艺简单，效果明显，有效提高了薄膜的比表面质量；由于弹性基底表面微结构的作用，经过有限元仿真计算，该种微结构的设计可以极大的减小薄膜与基底脱层时的能量释放率，有效减小薄膜的脱层现象；本发明具有高度的可重复性，适用于多种镀膜方法和高弹性基底。

技术领域

本发明涉及工程材料技术领域，具体涉及一种基于力学原理的表面具有微结构的高弹性基体及其方法。

背景技术

薄膜材料在新材料技术领域占据着极其重要的地位，并且推动了多个领域的发展。在高温环境下利用表面涂层的薄膜材料可以对构件进行有效保护；在零件表面通过表面喷涂一层薄膜材料可以有效增强零件的使用耐受性；在微电子机械系统，用薄膜材料制作的作动器是其不可或缺的部分；特别是在微型制造和高密集成电路领域，薄膜的材料的发展大大推动了该领域的发展。常用的镀膜方法按照薄膜的生长机理分为物理镀膜方法和化学镀膜方法。特别是在高密度集成电路领域，所生长的薄膜材料的性能直接决定着电路的性能。经过多年的发展在硬质基片上生长薄膜的方法已经非常成熟。

近年来，随着柔性电子技术领域的崛起，对薄膜质量的要求也越来越高。针对于传统的柔性电子器件制备而言，首先在硬质进行薄膜沉积，对薄膜进行图案化之后，形成完整器件之后通过转印的步骤将器件转印至柔性基底上，从而形成完整的柔性电子器件。目前而言，柔性电子器件在制备的过程中，转印导致器件失效的概率非常高，往往在转印过程中由于薄膜材料的受力问题导致薄膜断裂，从而导致整个器件失效。而直接在柔性基底上生长硬质金属或者其他材料的薄膜，无论是弹性模量还是热膨胀特性，柔性基底和薄膜之间的物理特性相差较大，因此导致在薄膜沉积过程中由于各种原因(如热失配、残余应力)导致生长的薄膜质量往往难以达到制备器件的要求，并且与柔性基底之间容易脱层，这也是现有的柔性电子器件制备工艺中转印技术不可或缺的主要原因。

发明内容

针对以上现有技术问题中存在的柔性基底上生长硬质薄膜质量差、易脱层等问题，本发明提出一种基于力学原理的高弹性基体及其镀膜方法，通过在表面上制备微结构，利用微结构的应变隔离效果来实现应变消除的目的，提高镀膜质量。

本发明的一个目的在于提出一种基于力学原理的表面具有微结构的高弹性基体。

本发明的基于力学原理的表面具有微结构的高弹性基体，在高弹性基底的表面具有微结构；其中，微结构为在高弹性基底的表面的凸台；凸台的上表面和下表面互相平行，并平行与高弹性基底的表面；凸台的水平形状为规则的图形；根据在弹性基底上镀膜产生褶皱的基本理论，结合薄膜的厚度和材料性质，确定凸台的高度h_s，使得形成在微结构表面的薄膜的褶皱的离面位移为0，即满足：

其中，h_f表示薄膜的厚度，分别代表弹性基底在x,y方向上应变；μ_f表示薄膜材料的泊松比，表示薄膜材料的平面应变模量，表示弹性基底材料的平面应变模量，G_s表示弹性基底材料的剪切模量。

高弹性基底采用聚二甲基硅氧烷PDMS或橡胶。

凸台的水平形状为圆形、方形、环形和条形中的一种。

本发明的另一个目的在于提供一种基于力学原理的利用表面具有微结构的高弹性基体进行应变隔离的镀膜方法。

本发明的基于力学原理的利用表面具有微结构的高弹性基体进行应变隔离的镀膜方法，包括以下步骤：

1)设计在高弹性基底的表面的微结构：