[发明专利]一种热模塑高分子薄膜微图案化的制作方法

说明书

技术领域

本技术属于一种热模塑图案化技术，具体地说涉及一种热模塑高分子薄膜微图案化的制作方法。

背景技术

随着近年来信息技术、生物技术、材料科学等领域技术的飞速发展，人们迫切需要快速价廉的制作微图案的技术。传统手段上微图案化是运用光刻技术，但光刻技术有许多本身无法克服的缺点，如：精度受光散射的影响而不能突破100nm极限；需要复杂的设备和技术，工艺复杂，从而导致成本高；不适于对非平面表面进行图案化，只能直接用在光敏材料上(如光刻胶)，且不能控制表面化学性质等。因此有研究者提出了热模塑微图案化的技术。

热模塑微图案化刻蚀技术是一种简单、快速、高精度的高分子薄膜微图案化技术。1996年Science中报道的Stephen Y.Chou等的工作，及1998年的美国专利5772905和Microelectronic Engineering中报道的R.W.Jaszewski等的工作，都介绍了采用热模塑的方法制作纳米和微米图案的技术。在以上关于热模塑微图案化的工作中采用的压印用硬模板均是采用单晶硅或同类物质，如二氧化硅或氮化硅作为硬模板的制作材料，并通过电子束刻蚀等加工方法最终形成具有微米及纳米尺寸图形的硬模板。虽然以上方法制作的硬模板耐久性强，但是其加工成本相当昂贵，且硬模板为消耗品，每一个硬模板的使用次数是有限的，一般只能达到几十次，所以无机硬模板的使用无疑增加了加工的成本，也限制了这种技术在实际中的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种热模塑高分子薄膜微图案化的制作方法。

为实现上述目的，本发明提供的热模塑高分子薄膜微图案化的制作方法，其主要步骤如下：

1、硅橡胶软印章的制作：硅橡胶软印章采用硅橡胶的预聚体与其交联剂按照8∶1～15∶1的质量比例混合并搅拌均匀后，在原始的热模塑微图案化用硬模板表面浇注，在50～65℃条件下固化4～10小时，至硅橡胶完全交联固化后剥离，得到与原始硬模板表面图形相反的软印章。

2、环氧树脂模板的制作：将环氧树脂预聚物与其交联剂的溶液按照体积比为2∶1～3∶1的比例混合并搅拌均匀后，将混合后的液体转移到硅橡胶软印章表面，除去表面多余的液体。将带有未固化环氧树脂溶液的软印章与基底表面吻合，在室温下固化8～24小时，而后软印章从图案化表面剥离，得到与软印章图形互补的图形。将固化好的环氧树脂在120～180℃条件下在进一步固化1～12小时，使材料的图形完全定型并提高其机械性能。将固化好的图形表面蒸镀一层铝改性，以减小甚至消除压印过程中模板表面图案化层表面的粘结作用，便于热模塑图案化后模板剥离。

3、图案化高分子薄膜的制作：首先将高分子硬模板与旋涂制作的高分子薄膜表面吻合并置于压印仪中，升温至高分子薄膜玻璃化温度后再升高温度30～55℃，保持5～15分钟，使各部分的温度均一稳定，再在高分子硬模板上加上1～6MPa的压力，保持10～20分钟后，停止加热并迅速降温至高分子薄膜玻璃化温度下20～30℃后，取出环氧树脂硬模板和图案化高分子薄膜，将环氧树脂硬模板剥离，在高分子薄膜表面得到具有与环氧树脂硬模板表面图形相反的图形。

高分子薄膜可以采用高分子溶液通过在平面基底上旋涂成膜的方法制作，薄膜厚度在0.5～2微米。高分子溶液可以为聚甲基丙烯酸甲酯或聚甲基-丁基丙烯酸甲酯。

由于本发明采用了转移微模塑的图案化技术和普通的环氧树脂作为原料，使高分子硬模板的加工工艺简单，不需要复杂、昂贵的设备，操作方便，加工条件温和，可选择的范围宽，这无疑大大降低了的加工成本。

附图说明

图1为本发明环氧树脂硬模板的加工过程示意图，其中：1为环氧树脂，2为硅橡胶软印章，3为基底。

图2为采用转移微模塑方法加工过程中得到的原始硬模板、硅橡胶软印章和环氧树脂硬模板的电子显微镜照片，其中4为原始硬模板，5为硅橡胶软印章，6为环氧树脂硬模板。

图3为本发明实施例得到的热模塑图案化后的环氧树脂硬模板和高分子薄膜的光学照片，其中：

7为实施例1得到的热模塑图案化后的环氧树脂硬模板和PMMA薄膜的光学照片，左边为环氧树脂硬模板，右边为PMMA薄膜。

8为实施例2得到的热模塑图案化后的环氧树脂硬模板和PMMA薄膜的光学照片，左边为环氧树脂硬模板，右边为PMMA薄膜。

9为实施例3得到的热模塑图案化后的环氧树脂硬模板和PMMA薄膜的光学照片，左边为环氧树脂硬模板，右边为PMMA薄膜。