軟刻蝕技術(shù)在高分子科學(xué)中的應(yīng)用.pdf

1、基于自身結(jié)構(gòu)和性能上的天然優(yōu)勢(shì)，高聚物是理想的納米建筑性基材，高聚物的微結(jié)構(gòu)已經(jīng)在化學(xué)、生物、信息、物理等領(lǐng)域得到了應(yīng)用。作為一種新興的微制造技術(shù)，軟刻蝕技術(shù)不僅能夠簡(jiǎn)捷有效、高精度地制備出眾多材料的微結(jié)構(gòu)，而且技術(shù)成本低廉，它不需要昂貴的設(shè)備和苛刻的環(huán)境，具有極好的應(yīng)用前景。本論文把軟刻蝕技術(shù)結(jié)合到高分子科學(xué)中來(lái)，筆者通過(guò)軟刻蝕技術(shù)制備了具有科研價(jià)值和應(yīng)用價(jià)值的高聚物微結(jié)構(gòu)，研究成果具體包括以下幾個(gè)部分： 1.溶脹彈性印章的毛

2、細(xì)微模塑聚二甲基硅氧烷(PDMS)材料在某些極性有機(jī)溶劑中易變形的特性常使制備的微結(jié)構(gòu)失真，這本是軟刻蝕技術(shù)的一大缺陷，筆者則變廢為寶，用經(jīng)過(guò)丙酮溶脹后的PDMS彈性印章進(jìn)行毛細(xì)微模塑(MIMIC)操作，制備了圖案可控的聚苯乙烯(PS)微結(jié)構(gòu)，將這項(xiàng)新的MIMIC技術(shù)稱之為“溶脹彈性印章的毛細(xì)微模塑(MIMICSES)”。在MIMICSES技術(shù)中，高聚物微結(jié)構(gòu)的圖案可以通過(guò)改變高聚物溶液量和外加的壓力來(lái)控制；MIMICSES是對(duì)軟刻蝕技

3、術(shù)的一種發(fā)展，它拓寬了軟刻蝕技術(shù)適用材料的范圍，借用溶脹的PDMS彈性印章，一些必須用極性有機(jī)試劑溶解的高聚物也可以通過(guò)MIMICSEs技術(shù)來(lái)微結(jié)構(gòu)化。 2.微熱模塑法制備高聚物球面微透鏡陣列微透鏡和微透鏡陣列具有重要的光學(xué)性能，廣泛用于很多領(lǐng)域。利用材料在液態(tài)或熔融態(tài)時(shí)其表面自由能會(huì)不斷地減小直至最低從而達(dá)到最穩(wěn)定的狀態(tài)這一特性，用軟刻蝕技術(shù)中的微熱模塑技術(shù)成功制備了聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和PS的微半球體陣列結(jié)構(gòu)，光學(xué)聚

4、光成像測(cè)試驗(yàn)證了PS和PMMA的微半球體陣列結(jié)構(gòu)具有良好的光學(xué)成像功能，可以作為微透鏡陣列使用。該技術(shù)簡(jiǎn)捷有效、成本低、精確度高、適用于大多數(shù)熱塑性高聚物，它為球面微透鏡陣列的制備提供了一種新的途徑，有望用于昆蟲(chóng)復(fù)眼的生物仿生。 3.微接觸印刷技術(shù)制備高分子微陣列圖案用十二烷基三氯硅烷(OTS)做“墨水”，通過(guò)微接觸印刷技術(shù)將親水性硅片表面組裝成由親水微區(qū)和疏水微區(qū)相間組成的微反應(yīng)器陣列，將高分子反應(yīng)體系(甲基丙烯酸甲酯+苯酚)

5、引入到微反應(yīng)器陣列內(nèi)進(jìn)行紫外光聚合，從而制備了圖案化的PMMA微六角體陣列。研究結(jié)果表明微聚合反應(yīng)是在疏水性的OTS微區(qū)內(nèi)進(jìn)行的，這完全符合(甲基丙烯酸甲酯+苯酚)的疏水去潤(rùn)特性；同時(shí)還發(fā)現(xiàn)微陣列內(nèi)PMMA顆粒的形貌和大小與反應(yīng)體系的組成有關(guān)。這種直接由高分子單體制備高分子微顆粒陣列是一種新的高分子微/納米圖案化技術(shù)，也為制備不同晶態(tài)的高分子微顆粒提供了一種新的研究途徑。 4.制備高分子鏈微觀模型(1)分別用毛細(xì)微模塑技術(shù)和磁場(chǎng)

6、自組裝技術(shù)制備了單個(gè)的線型PS微球鏈，對(duì)各自的成鏈機(jī)理、成鏈條件以及鏈長(zhǎng)的可控制性做了相關(guān)研究，發(fā)現(xiàn)磁場(chǎng)自組裝技術(shù)更簡(jiǎn)捷有效。 (2)分別采用加熱軟化和添加中間連接劑聚乙烯吡咯烷酮(PVP)兩種途徑將微球鏈上前后僅是物理相鄰的PS微球粘接起來(lái)，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：加熱軟化粘接起來(lái)的PS微球鏈極其脆弱，易斷裂并散落開(kāi)來(lái)，穩(wěn)定性很差，而且不能夠彎曲，呈現(xiàn)出明顯的剛性特征，稱之為“剛性高分子鏈”；由PVP粘接起來(lái)的線型PS微球鏈有一定的柔性