[发明专利]一种基于纳米森林模板的超亲水聚二甲基硅氧烷薄膜制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及微纳加工技术领域，特别涉及一种基于纳米森林模板的超亲水聚二甲基硅氧烷薄膜制备方法。

背景技术

聚二甲基硅氧烷(即Polydimethylsiloxane，简写为PDMS，下同)，是一种高分子有机硅化合物，又被称为有机硅。它具有成本低，无毒，不易燃，生物兼容性好，且透光性优异等特点，因此在微纳加工技术领域，特别是微流控、生物医学微系统等方向应用广泛。

疏水性是PDMS固有属性之一，光滑PDMS表面本身就具有疏水特性，与微小水滴(4-10μL，去离子水)接触角约为105°～120°，而材料表面与水滴接触角大于90°即为疏水。因此，利用表面图形化和化学改性等方法，很容易实现接触角大于150°的超疏水PDMS薄膜材料。但由于PDMS固有的疏水特性，实现具有亲水性，特别是超亲水性的PDMS薄膜仍然是当前国内外的研究热点。

另一方面，随着PDMS在微流控、生物医学微系统等领域应用的拓展和深入，特别是在自清洁、防雾和提高表面热交换效率等研究领域，研究人员迫切希望实现具有超亲水特性的PDMS薄膜材料。氧等离子体处理(oxygen plasma treatment)、表面化学处理(surface chemical modification)和紫外线辐照(UV radiation)等方法被广泛用于具有亲水性的PDMS薄膜的制备。其中，紫外线辐照法很难实现具有极小接触角的超亲水PDMS薄膜。而氧等离子体处理法和表面化学处理法虽然可以实现小于5°的极小接触角，但所制备PDMS薄膜的超亲水特性很难长期稳定保持。目前已有将氧等离子体处理和表面化学处理结合起来的多步方法，实现长期稳定超亲水PDMS薄膜，但多步工艺导致成本增加，且超亲水均一性难以保证，限制了其推广和应用。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种基于纳米森林模板的超亲水聚二甲基硅氧烷薄膜制备方法，利用纳米森林结构表面作为模板，通过图形转移实现具有纳米尺度结构的聚二甲基硅氧烷薄膜，并结合等离子体刻蚀工艺进行表面改性，从而实现接触角小于5°的稳定超亲水聚二甲基硅氧烷薄膜。

本发明技术方案是：一种基于纳米森林模板的超亲水聚二甲基硅氧烷薄膜制备方法，包括如下步骤：

步骤1：将PDMS聚合物本体与聚合物引发剂按照一定的质量比，混合均匀形成PDMS预聚体；

步骤2：通过压印或铸造的方法，控制温度和时间，将模板表面的纳米森林结构图形转移至PDMS表面，形成具有密集纳米阵列结构表面的PDMS薄膜；

步骤3：控制深反应离子刻蚀设备的工艺参数，利用不同气体组合，对具有纳米阵列结构表面的PDMS薄膜进行物理和化学处理；

进一步地，步骤1中所述PDMS聚合物本体，其成分为二甲基-甲基乙烯基硅氧烷。

进一步地，步骤1中所述PDMS聚合物引发剂，其成分为二甲基-甲基氢硅氧烷。

进一步地，步骤1中所述PDMS聚合物本体与聚合物引发剂混合质量比为5∶1～20∶1。

进一步地，步骤2中所述模板表面的纳米森林结构为柱状或椎体状或筛孔状，结构单体深宽比为1∶1～20∶1，高度为10nm～10μm，密度为10～200个/μm²。

进一步地，步骤2中所述温度为50～100℃，时间为15分钟～2小时。

进一步地，步骤2中所述密集纳米阵列结构为柱状或椎体状或筛孔状，结构单体深宽比为1∶1～10∶1，高度为10nm～1μm，密度为10～100个/μm²。

进一步地，步骤3中所述深反应离子刻蚀设备的工艺参数包括，平板功率为0W，线圈功率为900～1200W，压强为1×10^-6Pa～0.1Pa，气体流量为100sccm。

进一步地，步骤3中所述不同气体组合包括，依次通入的SF₆和O₂，时间依次为3～8分钟和8～12分钟。

进一步地，步骤3中所述不同气体组合包括，依次通入的SF₆和CHF₃，时间依次为3～8分钟和8～12分钟。

进一步地，步骤3中所述不同气体组合包括，依次通入的SF₆、O₂和CHF₃，时间依次为3～8分钟、8～12分钟和8～12分钟。