基于PDMS的自組裝及轉(zhuǎn)移印刷制備微結(jié)構(gòu)的研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，器件微型化成為目前諸多領(lǐng)域的關(guān)注重點(diǎn)。作為傳統(tǒng)微結(jié)構(gòu)加工技術(shù)的光刻技術(shù)，能夠加工微納米級(jí)特征尺寸的大規(guī)模集成電路，在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中得到廣泛應(yīng)用。然而光刻技術(shù)需要昂貴的光學(xué)曝光設(shè)備、苛刻的加工環(huán)境、復(fù)雜的工藝流程和儀器維護(hù)，并且僅能在少數(shù)光刻膠、半導(dǎo)體和金屬等材料上制備微結(jié)構(gòu)。而微流控芯片、生物芯片、有機(jī)電子器件、微全分析系統(tǒng)等新興領(lǐng)域和分析化學(xué)、生命科學(xué)、物理等傳統(tǒng)領(lǐng)域都需要基于非半導(dǎo)體材料的微結(jié)構(gòu)，同時(shí)要求加

2、工技術(shù)簡(jiǎn)單而快捷，具有高效費(fèi)比。因此研究基于非半導(dǎo)體材料的微結(jié)構(gòu)加工技術(shù)對(duì)上述領(lǐng)域具有重要的理論和實(shí)用價(jià)值。
　　聚合物材料以其微納尺度的分子鏈結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定而可控的合成反應(yīng)、簡(jiǎn)易而低價(jià)的操作工藝、功能多樣化等性能使其在很多領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用,尤其是制備微納米尺度的圖形結(jié)構(gòu)。目前已出現(xiàn)了很多基于聚合物材料的非傳統(tǒng)的微結(jié)構(gòu)加工技術(shù)，如納米壓印技術(shù)、軟印刷技術(shù)、自組裝技術(shù)等。而目前最為有效的途徑是將現(xiàn)有的光刻技術(shù)和這些基于聚合物材料的微結(jié)構(gòu)

3、加工技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，制備出具有特定功能的圖形結(jié)構(gòu)。本文研究了聚二甲基硅氧烷(PDMS)的性能，提出了基于PDMS的自組裝和轉(zhuǎn)移印刷制備微結(jié)構(gòu)的方法，為實(shí)現(xiàn)微納圖形結(jié)構(gòu)的制備提供了一種經(jīng)濟(jì)可靠的手段。
　　本文對(duì) PDMS的化學(xué)結(jié)構(gòu)、合成反應(yīng)和應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行了分析。并用納米壓痕法對(duì) PDMS的機(jī)械性能進(jìn)行了表征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，從10:1至1:1的范圍內(nèi)，配比為6:1的PDMS具有最大的彈性模量和硬度。用 PDMS復(fù)制模鑄納米壓痕陣

4、列和AFM機(jī)械刻劃圖案，研究了該材料復(fù)制復(fù)雜二維和三維圖形結(jié)構(gòu)的精度和質(zhì)量，為其作為模具材料提供了保證。
　　利用 PDMS與金屬薄膜之間的熱膨脹系數(shù)和彈性模量的巨大差異，在PDMS表面熱沉積 Au膜，而后冷卻收縮自發(fā)形成復(fù)雜的褶皺圖案。對(duì)其平面上熱沉積 Au膜形成的褶皺圖案進(jìn)行了理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，提出了預(yù)防、減弱或消除褶皺圖案的方法。針對(duì)復(fù)雜而有序的褶皺圖案，建立了基于傅立葉變換和灰度共生矩陣的自組裝褶皺圖案的評(píng)價(jià)方法，從而實(shí)

5、現(xiàn)了褶皺圖案的排列方向、周期有序性等方面的定量分析。
　　利用光刻技術(shù)和超精密切削技術(shù)制備了硬質(zhì)模板，經(jīng)復(fù)制模鑄轉(zhuǎn)至PDMS表面，進(jìn)而調(diào)控出規(guī)則有序的褶皺圖案。由于PDMS基體表面形貌和褶皺圖案之間的相互關(guān)系，得到了兩種不同的復(fù)合微結(jié)構(gòu)。利用光刻圖案和超精密切削圖案中的光柵結(jié)構(gòu)調(diào)控出鋸齒狀褶皺圖案，并分析了鋸齒狀褶皺圖案形成的主要原因。
　　建立了基于PDMS粘附作用的轉(zhuǎn)移印刷技術(shù)，制備了 Au/Ti/PDMS復(fù)合圖形結(jié)構(gòu)。