[发明专利]一种表面金属图案的制备方法

说明书

本发明公开了一种表面金属图案的制备方法。包括如下步骤：(1)制备带有镂空图案的聚二甲基硅氧烷模板，然后将该模板紧密贴合在基底表面，得到覆盖有聚二甲基硅氧烷模板的基底；(2)将聚4‑乙烯基吡啶溶液涂覆在基底表面，去掉模板并干燥；(3)将上述基底浸没在银纳米粒子溶液中，一定时间后取出并烘干，然后浸没于金属沉积液中，反应一定时间后清洗并干燥，基底材料表面即制得金属图案。本发明方法无需复杂的设备，成本低廉，简单方便，适用于多种基材。

技术领域

本发明涉及材料化学领域，具体涉及一种表面金属图案的制备方法。

背景技术

在聚合物等材料表面进行金属化可以将聚合物材料的性能同金属的导电性和强度等特性结合起来，从而使其功能更加多样化，所制备的表面金属化复合材料在电子工业、自动化、航空等领域都有着重要应用。在聚合物等材料表面进行金属化，常见的方法包括电化学沉积、化学沉积、溶胶-凝胶转化沉积和化学气相沉积等(参见：Materials,2014,7(2):1318-1341)。表面金属化的复合材料往往具有特别的性能。比如，在聚合物材料表面沉积银涂层，可以使材料具有良好的抗菌性能；沉积铜纳米粒子后，可以将材料表面改性为超疏水结构，用于油水分离等领域；在静电纺丝技术制备的聚甲基丙烯酸甲酯无纺布上湿法沉积金属涂层后，它的电导率高达930S·cm^-1，显著提高了原聚合物材料的导电性能(参见：Annu.Rev.Mater.Sci.,1991,21:437-462)。在聚合物等材料表面构筑金属图案则需要更加复杂的步骤，但由于智能穿戴、机器人和生物兼容可植入设备等前沿领域的需求，表面金属图案的制备仍然得到了广泛的关注。表面金属图案的制备方法往往先制备图案化模板，然后选择性地实现金属化。发明专利CN107338426涉及一种在聚酰亚胺薄膜表面生长高粘结性银金属图案的方法，该方法基于半干性聚酰胺酸薄膜与银离子发生离子交换反应，进而得到银金属图案。这一方法显著依赖于聚酰亚胺薄膜这一特殊的聚合物材料。发明专利CN110545626公开了一种在弹性基底上实现液态金属图案化的方法，该方法仍然需要选择液态金属不浸润的弹性基底，或者对弹性基底表面进行处理使液态金属不浸润处理后的弹性基底，因而对表面金属图案的基底材料仍然有较多的限制。如何在常见的基底表面简便地制备金属图案仍然是需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种表面金属图案的制备方法。

一种表面金属图案的制备方法，它的步骤如下：

(1)使用激光切割制得带有与目标形状一致的镂空图案的聚二甲基硅氧烷(PDMS)模板，然后将该模板紧密贴合在基底表面，得到覆盖有聚二甲基硅氧烷模板的基底；

(2)将聚4-乙烯基吡啶溶解于甲醇中，配置成一定浓度的聚4-乙烯基吡啶溶液；

(3)将聚4-乙烯基吡啶溶液涂覆在步骤(1)中制得的基底表面，然后去掉聚二甲基硅氧烷模板，在原镂空图案位置的基底表面得到与目标形状一致的聚4-乙烯基吡啶溶液涂层；再将涂覆有聚4-乙烯基吡啶的基底在20℃～80℃的真空干燥箱中干燥；

(4)将步骤(3)中制得的基底浸没在银纳米粒子溶液中，使聚4-乙烯基吡啶吸附银纳米粒子后取出，去掉基底表面残余的液体，然后在20℃～80℃的真空干燥箱中干燥；

(5)将步骤(4)中制得的基底浸没于金属沉积液中，在20℃～50℃恒温水浴加热下进行反应，反应5min～60min使基底上的银纳米粒子与金属沉积液反应催化生成金属涂层后将基底取出，用去离子水清洗，干燥，从而制得表面有金属图案的基底材料。

优选的，步骤(1)中所述的基底选自聚醚砜膜、聚丙烯膜、聚偏氟乙烯膜、聚四氟乙烯膜、聚酰亚胺膜、聚酯膜、聚氯乙烯膜、硅片或玻璃。

优选的，步骤(2)中所述的聚4-乙烯基吡啶溶液的浓度为1mg/mL～50mg/mL。

优选的，步骤(3)中所述的涂覆为直接刮涂或喷涂。