[发明专利]一种匀强电场辅助纳米压印成型装置及方法

权利要求书

1.一种匀强电场辅助纳米压印成型装置，其特征在于，该装置包括机架、X向工作平台、Z向工作平台、固化装置、水平调节装置、压印装置、冷却板、隔热陶瓷垫片、衬底卡盘、模具卡盘、底座架，其中，机架水平放置在水平面上，X向工作平台通过螺钉固定在机架中的上支撑板上，Z向工作平台通过螺钉固定在X向工作平台中的X向位移滑台上，固化装置通过螺钉固定连接在水平装置中的可视玻璃与Z向工作平台中的Z向位移滑块之间，压印装置通过焊接的方式与水平调节装置中的角度调整球相连接，冷却板固连在隔热陶瓷垫片上，隔热陶瓷垫片固连在底座架中的底座架外框上，模具卡盘固定连接在压印装置中的透明玻璃板上，衬底卡盘固定连接在压印装置中的加热板上，底座架通过螺钉固定连接在机架中的下支撑板上。

2.根据权利要求1所述的一种匀强电场辅助纳米压印成型装置，其特征在于，所述的机架包括：上支撑板、下支撑板、支撑柱一、支撑柱二、支撑柱三、支撑柱四，其中，下支撑板水平放置在水平面上，支撑柱一的一端与下支撑板通过螺钉连接，支撑柱一的另一端与上支撑板通过螺钉连接，支撑柱二的一端与下支撑板通过螺钉连接，支撑柱二的另一端与上支撑板通过螺钉连接，支撑柱三的一端与下支撑板通过螺钉连接，支撑柱三的另一端与上支撑板通过螺钉连接，支撑柱四的一端与下支撑板通过螺钉连接，支撑柱四的另一端与上支撑板通过螺钉连接。

3.根据权利要求1所述的一种匀强电场辅助纳米压印成型装置，其特征在于，所述的X向工作平台包括：伺服电机一、滚珠丝杠一、电机编码器一、X向位移滑台、连轴器一，其中，伺服电机一通过螺钉固定在机架中的上支撑板上，电机编码器一固连在伺服电机一上，滚珠丝杠一与伺服电机一通过连轴器一进行连接，X向位移滑台卡装在滚珠丝杠一上。

4.根据权利要求1所述的一种匀强电场辅助纳米压印成型装置，其特征在于，所述的Z向工作平台包括：伺服电机二、电机编码器二、滚珠丝杠二、Z向位移滑块、连轴器二，其中，伺服电机二通过螺钉固连在X向位移滑台的一端，电机编码器二固连在伺服电机二上，滚珠丝杠二与伺服电机二通过连轴器二连接，Z向位移滑块安装在滚珠丝杠二上。

5.根据权利要求1所述的一种匀强电场辅助纳米压印成型装置，其特征在于，所述固化装置包括：紫外灯、紫外灯支撑架，其中，紫外灯通过螺钉固定在紫外灯支撑架上，紫外灯支撑架一端通过螺钉与Z向工作平台中的Z向位移滑块连接，紫外灯支撑架另一端通过螺钉固定在水平调节装置中的可视玻璃上。

6.根据权利要求1所述的一种匀强电场辅助纳米压印成型装置，其特征在于，所述的水平调节装置包括：可视玻璃、角度调整球，其中，可视玻璃的一端中心与角度调整球以球面副结构的形式进行连接。

7.根据权利要求1所述的一种匀强电场辅助纳米压印成型装置，其特征在于，所述的压印装置包括：上电极板、下电极板、透明玻璃板、加热板、升降板，其中，上电极板与水平调节装置中的角度调整球上通过焊接进行连接，透明玻璃板通过装卡的方式卡合在上电极板一端，加热板固连在下电极板上，下电极板固连在升降板上，升降板装卡在底座架中的滑块一和滑块二上。

8.根据权利要求1所述的一种匀强电场辅助纳米压印成型装置，其特征在于，所述的底座架包括：底座架外框、伺服电机三、电机编码器三、伺服电机固定架、导向丝杠杆固定架、滚珠丝杠三、导向丝杠杆、连轴器三、滑块一、滑块二，其中，底座架外框通过螺钉连接在机架的下支撑板上，伺服电机三固定架通过螺钉连接在机架的下支撑板上，导向丝杠杆固定架通过螺钉连接在机架的下支撑板上，伺服电机三通过电机固定架固定连接在下支撑板上，导向丝杠杆通过导向丝杠杆固定架连接在下支撑板上，电机编码器三与伺服电机三固定连接，滚珠丝杠三与伺服电机之间通过连轴器三进行连接，滑块一与滑块二分别装卡在滚珠丝杠三和导向丝杠杆上。

9.根据权利要求1-8所述的种匀强电场辅助纳米压印成型方法，其特征在于：该方法包括下列步骤：

（1）将整个装置水平的放置在水平面上，调节X向工作平台与Z向工作平台，使模具卡盘调整至衬底卡盘的正上方，然后在模具卡盘上卡放所需的压印模具，在衬底卡盘上卡放涂有光刻胶或者压印聚合物材料的衬底；

（2）通过调节水平调节装置使压印装置达到水平状态，当所需的压印模具和衬底材料用于热压印时，启动加热装置对衬底进行预热，后调节Z向位移平台使压印装置向下移动，至靠近衬底正上方所需的工作位置上，当所需的压印模具和衬底材料用于紫外压印时，先调节Z向位移平台使固化装置与压印装置向下移动，至所需工作位置上，打开固化装置中的紫外灯，待压印进行时对衬底材料进行曝光固化；

（3）通过向压印装置中的上、下两块电极板施加电源电压，使上、下两块电极板之间形成匀强电场力做为压印力对衬底材料进行压印，当上、下电极板的面积、距离一定时，通过调节施加的电源电压的大小，得到压印时所需要的压印力，在匀强电场力的作用下，装卡在上电极板上的透明玻璃板带动模具卡盘向下运动，使得压印模具与衬底材料实现均匀力的压印，再通过向两电极板之间反复施加正反两方向的等大可调电压，从而形成正反向的匀强电场力并以此作为脱模力，对衬底材料进行脱模。