高级多孔微结构的聚合物膜的水滴模板法制备与应用研究

发布时间：2019-10-14 17:27

【摘要】：作为一种新型的自组装技术,水滴模板法近年来引起了人们的极大关注,已成功应用于微纳米层次上制备在传感器、光电器件、生物技术等方面有广阔应用前景的聚合物多孔膜。但如何简单、高效实现具有高级多孔微结构的可控构筑仍是该技术面临的一大难题。本论文基于水滴模板法,实现了聚苯乙烯(PS)/聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)的蜂窝状高级有序多孔膜的可控制备,初步探索了多孔膜在模板复制方面的应用。首先设计引入PS和PVP为膜材,氯仿为低沸点有机溶剂,以冷凝水滴为模板,在高湿度环境下制备出孔内富含有PVP的高级微结构的蜂窝状有序多孔膜。系统考察了制备过程中浓度、湿度、温度以及PS/PVP的质量比等实验因素对孔微结构的影响,并利用光学显微镜、扫描电镜以及原子力显微镜进行了详细的表征。结果表明PS/PVP多孔膜的孔内具有PVP高级岛状结构,水处理去除后得到相应的孔结构;该岛状结构的突起高度可由加热温度和加热时间来调控。以制得的PS/PVP聚合物多孔膜作为基底,结合微压印技术,在一定温度下成功实现了其表面的微图案化。多孔膜与压印模板接触和未接触的部分具有不同的加热温度和加热时间可调的PVP岛状结构突起。在压印的同时,功能性高分子选择性转移到多孔膜表面,实现了多孔结构的表面功能化,拓宽了多孔膜的应用范围。并进一步以所得的PS/PVP多孔膜作为软刻蚀法中用于复制的模板,成功实现了同一种多孔膜,经过不同的简单后处理(如加热、水洗或微压印)或在不同的复制条件下具有的丰富多样的可控易调的高级孔微结构的精细复制。
【图文】：

照片,图案化,光刻胶,硅片

由于多孔材料在光学器件、生物传感器、催化剂、微结构的电极表面以能性复合膜等方面[6-9]表现出良好的应用前景，关于多孔材料的可控合成引广泛的研究兴趣。目前制备有序结构多孔材料的方法很多，如光刻技术、软技术、纳米压印技术、模板法等[10-11]。1.2.1 光刻技术光刻技术主要有 193nm 浸入式技术、157nm 深紫外光（EUV）、电子束光刻（EPL）等。所有光刻技术的原理都大致一样，主要利用特殊的光敏性在辐射源照射下，由于分子结构发生改变而导致材料部分溶解，从而形成高同的结构。如图 1-1 所示，在干净的硅片上均匀喷涂一层光刻胶，为了提高胶与硅片之间的结合力，喷涂之前将硅片用等离子体处理 10min。然后在铬膜上用辐射源将光刻胶图案化，然后将没有光刻胶覆盖的硅片选择性刻蚀，把剩余的光刻胶溶掉，从而形成多孔硅材料。图 1-1D 为刻蚀后硅片的扫描照这种方法需要高精度的仪器设备，制备过程复杂且成本高。

照片,纳米压印,技术实验,技术

是软刻蚀的技术基础，也是至关重要的环节。蚀技术制作母模板时虽需要比较昂贵的电子束刻蚀，，但是在后续非常简便。因此，与传统光刻技术相比，软刻蚀的弹性印章可以重地降低了成本，并适宜大面积、成批量生产和应用。纳米压印技术压印技术是由 Stephen Y Chou 教授在 1995 年率先提出的[13]。它者辐照使光刻胶感光成形，而是直接在硅衬底或其他衬底上利用物造纳米尺寸图形。其主要工艺流程如图 1-2 所示[11]，首先是制备高利用电子束刻蚀技术将其图案化；在基板上旋涂一层高分子，最常丙烯酸甲酯（PMMA）和聚苯乙烯（PS）；加热到高分子的玻璃化，然后加压于模板，并将温度和压力保持一段时间，高聚物填充掩隙中；降低温度至玻璃化转变温度以下后脱模，即将图形从模板转用反应离子刻蚀方法除去残留的聚合物。纳米压印技术具有产量高艺简单的优点，逐渐成为微纳加工技术的一种重要方式。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：O631.3

【相似文献】