熱塑性聚合物二維納米通道制作方法及理論研究.pdf

1、納流控芯片具有納米級(jí)的特征結(jié)構(gòu)尺寸，在化學(xué)檢測(cè)、生物分析以及醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。其中，二維納米通道的寬度和深度尺寸接近于生物大分子尺寸，可以在單分子水平上對(duì)生物大分子進(jìn)行研究，是一種尤為重要的納流控芯片結(jié)構(gòu)。然而，目前二維納米通道主要采用具有納米級(jí)分辨率的光刻設(shè)備進(jìn)行制造。這些設(shè)備成本昂貴，生產(chǎn)效率低，不適合納流控芯片批量化生產(chǎn)。為此，本文對(duì)低成本批量化制造高精度二維納米通道的工藝方法和相關(guān)理論進(jìn)行了研究。主要研究?jī)?nèi)容如下

2、:
　　(1)提出一種基于低溫側(cè)壁技術(shù)的二維納米硅模具制造方法。首先在基于紫外曝光形成的微米尺度光刻膠臺(tái)階表面，各向同性濺射一層厚度為納米尺度的金薄膜，然后利用各向異性的濺射刻蝕技術(shù)將水平方向的金薄膜全部去除，只留下光刻膠臺(tái)階側(cè)壁上的金薄膜。在其后的深反應(yīng)離子刻蝕工藝中，以金側(cè)壁為掩膜對(duì)硅基底進(jìn)行刻蝕，制得了二維納米硅模具。同時(shí)，分析了工藝參數(shù)對(duì)二維納米模具制造精度的影響。與其它常見側(cè)壁光刻法（工作溫度＞300℃）不同，整個(gè)工藝過

3、程在40℃以下的低溫環(huán)境下完成，產(chǎn)生的熱應(yīng)力小，提高了側(cè)壁與基底的結(jié)合強(qiáng)度。而且該方法無需復(fù)雜、昂貴的電子束離子束光刻設(shè)備，可為低成本大面積制作高精度二維納米模具提供一種新的工藝方法。
　　(2)對(duì)基于熱壓成型技術(shù)制造聚合物二維納米溝槽的方法進(jìn)行了研究?？紤]了熱壓成型過程中聚合物基底面積變化的問題，基于粘彈性蠕變型本構(gòu)方程，建立了熱塑性聚合物壓縮型蠕變模型，采用數(shù)值仿真與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，研究了熱壓溫度、熱壓壓力和熱壓時(shí)間對(duì)納米溝

4、槽復(fù)制精度的影響，優(yōu)化了熱壓成型聚合物二維納米溝槽的工藝參數(shù)。最終采用優(yōu)化后的工藝參數(shù)將二維納米硅模具圖形熱壓成型到聚合物基底上，制得了高精度聚合物二維納米溝槽。
　　(3)對(duì)基于氧等離子體輔助熱鍵合技術(shù)制造封閉聚合物二維納米通道的方法進(jìn)行了研究。以有效鍵合面積、鍵合強(qiáng)度和納米通道變形量為評(píng)價(jià)指標(biāo)，研究鍵合溫度、鍵合壓力與鍵合時(shí)間對(duì)聚合物二維納米通道鍵合質(zhì)量的影響，以此對(duì)熱鍵合工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。從而制得了變形量小、鍵合強(qiáng)度高、無