軟刻蝕技術在高分子科學中的應用.pdf

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

2、細微模塑聚二甲基硅氧烷(PDMS)材料在某些極性有機溶劑中易變形的特性常使制備的微結構失真，這本是軟刻蝕技術的一大缺陷，筆者則變廢為寶，用經過丙酮溶脹后的PDMS彈性印章進行毛細微模塑(MIMIC)操作，制備了圖案可控的聚苯乙烯(PS)微結構，將這項新的MIMIC技術稱之為“溶脹彈性印章的毛細微模塑(MIMICSES)”。在MIMICSES技術中，高聚物微結構的圖案可以通過改變高聚物溶液量和外加的壓力來控制；MIMICSES是對軟刻蝕技

3、術的一種發(fā)展，它拓寬了軟刻蝕技術適用材料的范圍，借用溶脹的PDMS彈性印章，一些必須用極性有機試劑溶解的高聚物也可以通過MIMICSEs技術來微結構化。 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性能，廣泛用于很多領域。利用材料在液態(tài)或熔融態(tài)時其表面自由能會不斷地減小直至最低從而達到最穩(wěn)定的狀態(tài)這一特性，用軟刻蝕技術中的微熱模塑技術成功制備了聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和PS的微半球體陣列結構，光學聚

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

5、引入到微反應器陣列內進行紫外光聚合，從而制備了圖案化的PMMA微六角體陣列。研究結果表明微聚合反應是在疏水性的OTS微區(qū)內進行的，這完全符合(甲基丙烯酸甲酯+苯酚)的疏水去潤特性；同時還發(fā)現微陣列內PMMA顆粒的形貌和大小與反應體系的組成有關。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，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)分別用毛細微模塑技術和磁場

6、自組裝技術制備了單個的線型PS微球鏈，對各自的成鏈機理、成鏈條件以及鏈長的可控制性做了相關研究，發(fā)現磁場自組裝技術更簡捷有效。 (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，研究結果發(fā)現：加熱軟化粘接起來的PS微球鏈極其脆弱，易斷裂并散落開來，穩(wěn)定性很差，而且不能夠彎曲，呈現出明顯的剛性特征，稱之為“剛性高分子鏈”；由PVP粘接起來的線型PS微球鏈有一定的柔性