非浸潤(rùn)模板微粒印制技術(shù)工藝研究.pdf

1、在納米材料研究領(lǐng)域中，科學(xué)家們一直致力于開發(fā)能夠精確控制納米微結(jié)構(gòu)尺寸、形態(tài)、組成的制備方法。非浸潤(rùn)模板微印制技術(shù)(PRINT, particle replication in non-wetting templates）以不親水不親油的含氟材料為模板，預(yù)先根據(jù)所需微結(jié)構(gòu)的尺寸、形態(tài)設(shè)計(jì)制作模板，利用模板的空間局限作用，壓印制備特定尺寸、形態(tài)、取向、排布的聚合物和無(wú)機(jī)材料微粒。PRINT技術(shù)的工藝流程包括三個(gè)步驟：硬模板的制備、軟模板的

2、制備、微粒印制。首先，通過(guò)現(xiàn)代光刻技術(shù)制備硅片硬模板，模板上刻有與印制粒子尺寸和形態(tài)相應(yīng)的凹凸圖案；其次，將含氟聚合物的液態(tài)前驅(qū)體涂敷在硬模板上，待其交聯(lián)固化后脫模，得到與硬模板圖案具有對(duì)應(yīng)關(guān)系的軟模板；最后，將目標(biāo)材料的液態(tài)前驅(qū)體涂敷在光滑基片上，以軟模板為印章進(jìn)行壓印，利用含氟材料的低表面能的特點(diǎn)，將多余液體通過(guò)擠壓排出，待留在空腔內(nèi)的液體固化后脫模，即可得到設(shè)計(jì)所需要的單分散的具有特定尺寸的納米微粒。本論文主要圍繞PRINT技術(shù)中

3、的含氟軟模板材料和印制粒子的工藝展開了研究。
　　首先，以兩端為羥基的全氟聚醚(Fluorolink D10-H，1500 g/mol)為原料，以氰基甲基丙烯酸乙酯為封端劑、六亞甲基二異氰酸酯為擴(kuò)鏈劑，成功合成了具有不同分子量、末端為雙鍵的PFPE-DMA、PFPE-HDMI-DMA（2:1）、PFPE-HDMI-DMA（3:2）三種含氟預(yù)聚物。1H-NMR、19F-NMR、IR等手段表明預(yù)聚物的化學(xué)結(jié)構(gòu)與理論預(yù)期相吻合，副產(chǎn)物和

4、雜質(zhì)較少。DSC測(cè)試表明，三種預(yù)聚物在室溫附近以無(wú)定形狀態(tài)存在，在30℃附近的粘度隨其分子量的增加而增大
　　其次，研究了軟模板的固化工藝，考查了預(yù)聚物的分子量對(duì)固化膜性能的影響。表面接觸角測(cè)試表明，三種具有不同預(yù)聚物分子量的固化膜的表面接觸角相差不大，都具有既疏水又疏油的特性，容易脫模。拉伸試驗(yàn)表明，隨著預(yù)聚物分子量的提高，軟模板模的斷裂伸長(zhǎng)率提高，而拉伸強(qiáng)度和模量下降，特別是擴(kuò)鏈后的PFPE-HDMI-DMA(2:1)和PFP

5、E-HDMI-DMA（3:2）膜展現(xiàn)出較好的柔韌性，是潛在的良好的軟模板材料。
　　再次，采用現(xiàn)代光刻工藝，在4英寸硅片上成功制造了含有六種不同尺寸和形態(tài)微粒圖案的硬模板。硬模板的微粒圖案形貌特征明顯，線條無(wú)缺陷，分辨率較高，但截面尺寸比設(shè)計(jì)尺寸略小。軟模板在圖案復(fù)制過(guò)程中，基本保留了原始硬模板圖案的形貌，同一區(qū)域的軟模板的粒子尺寸大小基本一致，但其三維尺寸要比硬模板有較大下降。這可能與軟模板從硬模板上脫離后鏈段發(fā)生卷曲、內(nèi)應(yīng)力得