[发明专利]一种在聚酰亚胺薄膜表面制作微纳结构的方法

说明书

本发明提供了一种在聚酰亚胺薄膜表面制作微纳结构的方法，本发明在母版具有微纳结构的一面生长金属牺牲层，避免了母版和聚酰亚胺的直接接触，有效的延长了母版的使用寿命；使用化学腐蚀法来分离金属牺牲层和聚酰亚胺薄膜，避免了传统的机械分离方法带来的分离困难、容易损伤微纳结构的弊端，有利于提高产品质量；通过在母版具有微纳结构的一面生长金属牺牲层和采用化学腐蚀的分离方法，容易制备大面积的表面具有微纳结构的聚酰亚胺薄膜，有效提高生产效率。

技术领域

本发明涉及微纳加工技术领域，尤其涉及一种在聚酰亚胺薄膜表面制作微纳结构的方法。

背景技术

几何尺寸在微米到亚微米量级的结构被称为微纳结构，具有微纳结构的微纳器件，如衍射光学器件、微流控器件、微传感器等，有不同于宏观结构的特殊性能，应用范围广泛。

由于微纳器件的加工尺寸很小，其使用的材料和加工工艺均表现出特殊性。现有技术中，用于制造微纳器件的材料主要有半导体、玻璃、金属、树脂等。大多数情况下，这些材料在使用时需要一定的厚度以提供足够的强度支撑，但是在一些对重量、体积、柔韧性和材料特性有特殊要求的场合，就需要使用新的材料和工艺来满足要求。

聚酰亚胺薄膜(PI膜)具有非常优异的耐热性能(可耐超过500℃的高温)、机械性能(抗张强度100MPa以上)、化学稳定性能及耐湿热性能(不溶于有机溶剂、耐强酸强碱、耐水解)、良好的耐辐射性能和良好的介电性能。上述性能在很宽的温度范围和频率范围内都是稳定的。除此之外，聚酰亚胺还具有耐低温、膨胀系数低、阻燃以及良好的生物相容性等特性。正是由于具有这些优异特性，在一些严苛使用环境下，聚酰亚胺薄膜成为一种制备微纳结构器件的优良材料。

聚酰亚胺的玻璃化温度较高(通常在300℃左右)，聚酰亚胺薄膜微纳结构的加工难以采用传统的卷对卷热压印方法，目前常用的加工方法包括激光烧蚀、光刻刻蚀和浇筑法。但是，激光烧蚀和光刻刻蚀方法存在着工艺复杂、加工效率低的弊端；浇筑法存在着聚酰亚胺薄膜与母版难以分离的问题，难以制备大面积的聚酰亚胺薄膜微纳器件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在聚酰亚胺薄膜表面制作微纳结构的方法，本发明提供的方法聚酰亚胺薄膜与母版易于分离，操作简单，加工效率高，且容易制备大面积的表面有微纳结构的聚酰亚胺薄膜。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种在聚酰亚胺薄膜表面制作微纳结构的方法，包括以下步骤：

(1)提供具有微纳结构的母版；

(2)在所述母版具有微纳结构的一面生长金属牺牲层；

(3)分离所述母版和金属牺牲层，在金属牺牲层生长有微纳结构的一面涂覆聚酰亚胺溶液，固化，在所述金属牺牲层生长有微纳结构的一面形成聚酰亚胺薄膜；

(4)采用化学腐蚀法分离所述聚酰亚胺薄膜和金属牺牲层，得到表面具有微纳结构的聚酰亚胺薄膜。

优选的，所述步骤(2)中金属牺牲层包括金属氧化层和薄金属层，其中，与所述母版具有微纳结构的一面接触的为金属氧化层；所述金属氧化层的厚度为10～20nm；所述薄金属层的厚度为20～30μm。

优选的，所述步骤(2)中生长金属牺牲层的方法，包括以下步骤：

采用电化学方法在所述母版具有微纳结构的一面生长金属氧化层；

采用电铸法在所述金属氧化层的表面生长薄金属层。

优选的，所述电化学方法中所采用的钝化液为碳酸钠、磷酸三钠和水的混合物，所述碳酸钠、磷酸三钠的质量和水的体积比为10g：(45～55)g：(1.8～2.2)L。

优选的，所述电化学方法中所施加的电流为5.5～6.5A；电流的施加时间为13～17s。