熱塑性聚合物二維納米通道制作方法及理論研究.pdf

1、納流控芯片具有納米級的特征結構尺寸，在化學檢測、生物分析以及醫(yī)學工程等領域有著廣闊的應用前景。其中，二維納米通道的寬度和深度尺寸接近于生物大分子尺寸，可以在單分子水平上對生物大分子進行研究，是一種尤為重要的納流控芯片結構。然而，目前二維納米通道主要采用具有納米級分辨率的光刻設備進行制造。這些設備成本昂貴，生產效率低，不適合納流控芯片批量化生產。為此，本文對低成本批量化制造高精度二維納米通道的工藝方法和相關理論進行了研究。主要研究內容如下

2、:
　　(1)提出一種基于低溫側壁技術的二維納米硅模具制造方法。首先在基于紫外曝光形成的微米尺度光刻膠臺階表面，各向同性濺射一層厚度為納米尺度的金薄膜，然后利用各向異性的濺射刻蝕技術將水平方向的金薄膜全部去除，只留下光刻膠臺階側壁上的金薄膜。在其后的深反應離子刻蝕工藝中，以金側壁為掩膜對硅基底進行刻蝕，制得了二維納米硅模具。同時，分析了工藝參數(shù)對二維納米模具制造精度的影響。與其它常見側壁光刻法（工作溫度＞300℃）不同，整個工藝過

3、程在40℃以下的低溫環(huán)境下完成，產生的熱應力小，提高了側壁與基底的結合強度。而且該方法無需復雜、昂貴的電子束離子束光刻設備，可為低成本大面積制作高精度二維納米模具提供一種新的工藝方法。
　　(2)對基于熱壓成型技術制造聚合物二維納米溝槽的方法進行了研究?？紤]了熱壓成型過程中聚合物基底面積變化的問題，基于粘彈性蠕變型本構方程，建立了熱塑性聚合物壓縮型蠕變模型，采用數(shù)值仿真與實驗相結合的方法，研究了熱壓溫度、熱壓壓力和熱壓時間對納米溝

4、槽復制精度的影響，優(yōu)化了熱壓成型聚合物二維納米溝槽的工藝參數(shù)。最終采用優(yōu)化后的工藝參數(shù)將二維納米硅模具圖形熱壓成型到聚合物基底上，制得了高精度聚合物二維納米溝槽。
　　(3)對基于氧等離子體輔助熱鍵合技術制造封閉聚合物二維納米通道的方法進行了研究。以有效鍵合面積、鍵合強度和納米通道變形量為評價指標，研究鍵合溫度、鍵合壓力與鍵合時間對聚合物二維納米通道鍵合質量的影響，以此對熱鍵合工藝參數(shù)進行了優(yōu)化。從而制得了變形量小、鍵合強度高、無