[发明专利]一种表面导电聚合物图案的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于功能材料表面图案构筑技术，具体涉及一种表面导电聚合物图案的制备方法，其是利用旋涂或氧化聚合的方法在基底表面形成导电聚合物的薄膜，然后通过纳米压印将旋涂在导电聚合物薄膜上的聚合物阻挡层压印出图案，以该压印的图案为掩膜进行均向刻蚀，从而在基底表面制备出结构尺寸可控的表面导电聚合物图案。

背景技术

导电聚合物不仅是一种兼备了电学，光学和磁学性质的独特材料，而且具备优秀的机械加工性能，例如重量轻，容易加工，弯曲性好等特点，因而受人们的广泛关注。然而，传统的用于制备表面导电聚合物图案的方法，难以将高密度和高产量结合在一起，因此，设计并实现一种能够将二者结合在一起的方法成为了一个急需攻克的难题。

表面导电聚合物纳/微米图案在很多方面有重要应用，例如，发光二极管、有机场效应晶体管、集成电路、聚合物电致发光材料，人造肌肉，传感器，生物相容性材料等。由于表面导电聚合物图案在科研和实际应用中的重要意义，人们发展了多种构筑表面导电聚合物图案的方法。Lidzey等人借助激光消融技术，利用水溶性的光刻胶，制备了分辨率为10μm的发光二极管阵列，而没有破坏聚合物的导电性(Org.Electron.2005，6，221)。Granlund等人介绍了用软刻蚀技术构筑聚合物发光二极管的方法，作者用聚硅氧烷前聚体浇注在印章上，加热引发交联翻制出弹性的聚合物(PDMS)图案，利用PDMS印章将导电聚合物转移到基底上；或者事先在基底上制备好导电聚合物膜，利用PDMS印章将部分膜揭去；另外，毛细作用也适用于这种软刻蚀的体系，在预先准备好的PDMS印章和基底结合在一起时形成的空隙的一边加入导电聚合物的溶液，这样通过毛细作用而使导电聚合物扩散到全部空隙中(Adv.Mater.2000，12，269)。扫描探针显微技术也是成功构筑表面导电聚合物图案的一种方法，Jahromi等人先在玻璃基底上预先制备掺杂剂和氧化剂混合膜，然后在这层膜上面旋涂一层聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)薄膜，用原子力显微镜针尖刻蚀，露出掺杂剂和氧化剂混合膜，将样品暴露于吡咯气氛中，  在露出的部分选择性的聚合(ChemPhysChem2002，3，693)。而Grinstaff和Liu等人报道的用蘸水笔直写的方法在基底上直接写出导电聚合物的图案，导电聚合物纳米线的线宽可以通过湿度，施加的电压和写的速度来调控，结构分辨率可以达到100nm以下，这种方法是一种适用于在实验室阶段制备复杂表面图案的方法(J.Am.Chem.Soc.2002，124，522)。

和其它纳米级图案化技术相比，纳米压印技术(NIL)是一种成本低产量高的技术，这种技术基于在纳米尺度上使阻挡层聚合物机械变形。以导电聚合物或导电聚合物的混合物为阻挡层，已经可以用纳米压印技术图案化导电聚合物(J.Vac.Sci.Technol.B2001，19，487；Synth.Met.2001，121，1309)。然而，根据纳米压印的自身特点，直接压印方法仅适用于有玻璃化转变温度(Tg)或可以紫外引发交联的导电聚合物，而且直接压印带来的另一方面缺点在于作为后续构筑步骤的刻蚀会导致导电聚合物性能的破坏。为了扩展纳米压印技术在图案化导电聚合物方面的应用，我们发展了一种基于纳米压印技术和剥离技术的方法，然而，这种方法构筑的导电聚合物的图案的膜厚受到剥离过程的限制。这是因为，要实现成功的剥离，沉积的导电聚合物的膜厚必须比阻挡层的厚度小，这就限制了表面导电聚合物图案的导电性能发挥。

在纳米压印过程中，压印得到的图案通常都是模板图案的负向复制，也就是说图案的分辨率受模板分辨率控制。高分辨率的图案要求高分辨率的模板，这就需要长时间、高成本的模板制备过程。为了突破这一限制，一种被成为“兔子耳朵”的现象被应用到纳米压印过程中，这种现象的产生是由于在压印过程中阻挡层聚合物没有完全充满和浸润模板表面(Adv.Funct.Mater.2006，16，1555；NanoLett.2007，7，1869)，这一现象为用简单而廉价的模板构筑高分辨率和复杂的图案提供了一种简便途径。