[发明专利]悬浮封闭孔阵列结构及其制备方法、应用以及制备装置

说明书

本申请涉及悬浮封闭孔阵列微纳加工领域，具体而言，涉及一种悬浮封闭孔阵列结构及其制备方法、应用以及制备装置。该方法包括将多个呈阵列排布的导管伸入液态的树脂材料中并吹入气体或气体与粉末状固体颗粒物的混合物，使树脂材料中形成多个呈阵列排布的有填充介质的封闭孔，然后将树脂材料逐渐固化，使树脂材料内部具有封闭孔阵列。该方法相对于现有技术中常规的物理/化学刻蚀方法等方法，极大地降低了工艺难度，并且不需要使用其他的试剂，不会造成二次污染。该装置能够制备具有悬浮封闭孔阵列结构的材料，能实现规则有序、封闭孔阵列排列形状多样、孔径孔隙可控、封闭孔内气体气压和孔内介质可控、多层堆叠、工艺简单。

技术领域

本申请涉及悬浮封闭孔阵列微加工领域，具体而言，涉及一种悬浮封闭孔阵列结构及其制备方法、应用以及制备装置。

背景技术

目前“悬浮封闭孔阵列结构”的制备方法，通常是在材料表面加工获得；如通过激光方法、物理/化学刻蚀方法、电化学方法等。另有的一些方法是通过两种材料或同种材料分两部分对准封装制备悬浮微孔阵列，非一次性成型，如使用上述加工方法在硬质模具上加工微孔后，通过其他材料(如树脂)转移微孔阵列，或化学溶剂溶解掉硬质衬底，最后再使用另一种材料或同种材料通过粘胶、熔融、键合等工艺对准封装制备，从而形成悬浮微孔阵列。另有的一些方法是通过在预聚物溶液中添加易挥发或易移除的颗粒物，待预聚物溶液固化后，再通过加热、紫外光照射或其他方法将易移除的颗粒物除掉，从而形成无序悬浮微孔阵列结构。还有些是从天然植物中获取灵感，获取无序悬浮微孔阵列。

但是上述这些常规的制备的悬浮微孔阵列结构的方法存在以下问题：

1、工艺复杂，尤其是需要制备三维堆叠结构的多层悬浮微孔阵列结构，能耗高，且制备过程中会引入额外的化学溶剂，造成环境污染(如溶剂型)；

2、悬浮微孔阵列结构无序、不规则、孔径和孔隙很难保持一致，从而获得具备多层悬浮微孔阵列结构的膜材料一致性较差，由此制作而成的各种器件(如柔性传感阵列、超级电容阵列、多孔薄膜、光学薄膜等)很难保证一致性和良品率。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种悬浮封闭孔阵列结构及其制备方法、应用以及制备装置，其旨在改善现有的形成阵列微孔结构的工艺方法复杂、容易引入其他化学溶剂的问题。

第一方面，本申请提供一种制备悬浮封闭孔阵列结构的方法，包括：

沿z轴方向，将多个呈阵列排布的导管伸入液态的树脂材料中并吹入气体或者气体与粉末状固体颗粒物的混合物，使树脂材料中形成多个呈阵列排布的封闭孔，封闭孔包括至少一层；

将树脂材料逐渐固化，使树脂材料内部具有包含特定介质的封闭孔阵列。

发明人发现，树脂材料一般具有较大的粘性，在液态时，短时间内很难将气泡全部排出。发明人联想到目前在一些薄膜材料中，经常会用到具有悬浮阵列微孔的结构制成各种薄膜、电容、传感器件。基于此，发明人创造性地提供了一种制备悬浮封闭孔阵列结构的方法，直接在树脂材料中吹出呈阵列排布气泡，然后再逐渐固化获得具有包含特定介质的封闭孔阵列的树脂材料。该方法相对于现有技术中常规的激光方法、物理/化学刻蚀方法、电化学方法等材料表面处理获得悬浮封闭孔阵列的方法，极大地降低了工艺难度，并且不需要使用其他的试剂，不会造成二次污染。

在本申请的其他实施例中，上述将多个呈阵列排布的导管伸入液态的树脂材料中并吹入气体或者气体与粉末状固体颗粒物的混合物的步骤，包括：

将导管的出气端伸入至树脂材料内，根据树脂材料的性能选择适配的气压，在该气压下将气体或者气体与粉末状固体颗粒物的混合物吹入至树脂材料中；

其中，性能包括：粘度、内聚力以及表面张力。

根据不同性能的树脂材料选择适配的气压，在该气压下将气体吹入至树脂材料中，能够保证获得结构稳定的包含特定介质的封闭孔阵列树脂材料。