電滲驅(qū)動(dòng)納米壓印聚合物流變填充行為與機(jī)理的研究.pdf

1、大尺度高清平板顯示（具有蛾眼結(jié)構(gòu)的電視屏幕）、高效太陽(yáng)能電池板、高性能玻璃（抗反射和自清潔玻璃）、LED圖形化（微納米圖形化藍(lán)寶石襯底NPSS、光子晶體LED）、晶圓級(jí)微納光學(xué)器件（晶圓級(jí)照相機(jī)）等領(lǐng)域?yàn)榱烁倪M(jìn)和提高產(chǎn)品的品質(zhì)和性能，對(duì)于大面積微納圖形化技術(shù)有著非常巨大的產(chǎn)業(yè)需求。這些產(chǎn)品其共同特征是需要在大尺寸非平整（較大的彎曲和翹曲、厚度尺度變化較大）襯底和易碎襯底上（硬質(zhì)基材或者基板）實(shí)現(xiàn)高效率、低成本制造出大面積復(fù)雜三維微納米結(jié)

2、構(gòu)。然而現(xiàn)有的傳統(tǒng)微納米制造技術(shù)無(wú)論從技術(shù)層面（非平整襯底和易碎襯底的大面積微納米圖形化，超大尺寸非平整襯底和易碎襯底的微納米圖形化），還是在實(shí)際大規(guī)?；a(chǎn)方面（生產(chǎn)成本高、生產(chǎn)效率低）都難以滿足產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的實(shí)際要求，這成為制約這些高性能產(chǎn)品得到廣泛應(yīng)用的瓶頸。
　　本文所提出的電滲驅(qū)動(dòng)納米壓印是一種新型的納米壓印工藝，本工藝將直流電壓引入到納米壓印裝置中，液態(tài)聚合物在電場(chǎng)力（體積力）的作用下實(shí)現(xiàn)對(duì)模具微納米結(jié)構(gòu)型腔的主動(dòng)完全快

3、速一致性填充，避免了傳統(tǒng)納米壓印過(guò)程中兆帕級(jí)壓印力的引入，使得它在大面積納米壓印、高深寬比微納結(jié)構(gòu)制造，尤其是在非平整（翹曲與表面突起）襯底與易碎襯底納米圖形化方面具有非常突出的潛能和優(yōu)勢(shì)，并且達(dá)到了大規(guī)模工業(yè)級(jí)（生產(chǎn)成本低、成產(chǎn)效率高）生產(chǎn)的要求。但是，電滲驅(qū)動(dòng)納米壓印不同于現(xiàn)有的“壓力驅(qū)動(dòng)”納米壓印和“電毛細(xì)力驅(qū)動(dòng)”納米壓印，已有的納米壓印聚合物流變填充基礎(chǔ)理論和相關(guān)研究結(jié)果不再適用。因此，迫切需要開(kāi)展基于電滲驅(qū)動(dòng)納米壓印聚合物流變

4、填充機(jī)理的研究。
　　本文開(kāi)展了電滲驅(qū)動(dòng)納米壓印聚合物流變填充機(jī)理、影響因素和規(guī)律的研究。基于微流體電滲驅(qū)動(dòng)原理，建立了電滲驅(qū)動(dòng)納米壓印驅(qū)動(dòng)力體積力、填充速度以及填充時(shí)間的理論模型，分析了壓印過(guò)程中液態(tài)聚合物的動(dòng)態(tài)填充特性以及界面受力分析情況，給出了電場(chǎng)力（體積力）、表面張力、摩擦力以及黏滯力的理論模型。
　　利用COMSOL Multiphysics多物理場(chǎng)模擬軟件，揭示了液態(tài)聚合物在模具型腔動(dòng)態(tài)填充的過(guò)程，工藝參數(shù)、模具

5、幾何特征、聚合物材料特性等因素對(duì)于納米壓印流變填充的影響以及Zeta電勢(shì)、電壓以及聚合物粘度等因素對(duì)聚合物填充速度的影響。本研究為電滲驅(qū)動(dòng)納米壓印技術(shù)奠定了理論基礎(chǔ)，并為電滲驅(qū)動(dòng)納米壓印工藝優(yōu)化和和壓印裝備開(kāi)發(fā)與性能的改進(jìn)提供重要理論支撐和方向性指導(dǎo)。
　　為驗(yàn)證電滲驅(qū)動(dòng)納米壓印技術(shù)的工藝可行性，本文設(shè)計(jì)一套實(shí)驗(yàn)平臺(tái)方案并搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái):選用透明ITO導(dǎo)電膜和通過(guò)對(duì)具有特征結(jié)構(gòu)的母模板進(jìn)行軟模具復(fù)型而得到的PDMS軟模具，ITO導(dǎo)電