【摘要】：作為一種新型的自組裝技術(shù),水滴模板法近年來(lái)引起了人們的極大關(guān)注,已成功應(yīng)用于微納米層次上制備在傳感器、光電器件、生物技術(shù)等方面有廣闊應(yīng)用前景的聚合物多孔膜。但如何簡(jiǎn)單、高效實(shí)現(xiàn)具有高級(jí)多孔微結(jié)構(gòu)的可控構(gòu)筑仍是該技術(shù)面臨的一大難題。 本論文基于水滴模板法,實(shí)現(xiàn)了聚苯乙烯(PS)/聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)的蜂窩狀高級(jí)有序多孔膜的可控制備,初步探索了多孔膜在模板復(fù)制方面的應(yīng)用。首先設(shè)計(jì)引入PS和PVP為膜材,氯仿為低沸點(diǎn)有機(jī)溶劑,以冷凝水滴為模板,在高濕度環(huán)境下制備出孔內(nèi)富含有PVP的高級(jí)微結(jié)構(gòu)的蜂窩狀有序多孔膜。系統(tǒng)考察了制備過(guò)程中濃度、濕度、溫度以及PS/PVP的質(zhì)量比等實(shí)驗(yàn)因素對(duì)孔微結(jié)構(gòu)的影響,并利用光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡以及原子力顯微鏡進(jìn)行了詳細(xì)的表征。結(jié)果表明PS/PVP多孔膜的孔內(nèi)具有PVP高級(jí)島狀結(jié)構(gòu),水處理去除后得到相應(yīng)的孔結(jié)構(gòu);該島狀結(jié)構(gòu)的突起高度可由加熱溫度和加熱時(shí)間來(lái)調(diào)控。 以制得的PS/PVP聚合物多孔膜作為基底,結(jié)合微壓印技術(shù),在一定溫度下成功實(shí)現(xiàn)了其表面的微圖案化。多孔膜與壓印模板接觸和未接觸的部分具有不同的加熱溫度和加熱時(shí)間可調(diào)的PVP島狀結(jié)構(gòu)突起。在壓印的同時(shí),功能性高分子選擇性轉(zhuǎn)移到多孔膜表面,實(shí)現(xiàn)了多孔結(jié)構(gòu)的表面功能化,拓寬了多孔膜的應(yīng)用范圍。并進(jìn)一步以所得的PS/PVP多孔膜作為軟刻蝕法中用于復(fù)制的模板,成功實(shí)現(xiàn)了同一種多孔膜,經(jīng)過(guò)不同的簡(jiǎn)單后處理(如加熱、水洗或微壓印)或在不同的復(fù)制條件下具有的豐富多樣的可控易調(diào)的高級(jí)孔微結(jié)構(gòu)的精細(xì)復(fù)制。
【圖文】：

由于多孔材料在光學(xué)器件、生物傳感器、催化劑、微結(jié)構(gòu)的電極表面以能性復(fù)合膜等方面[6-9]表現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景，關(guān)于多孔材料的可控合成引廣泛的研究興趣。目前制備有序結(jié)構(gòu)多孔材料的方法很多，如光刻技術(shù)、軟技術(shù)、納米壓印技術(shù)、模板法等[10-11]。1.2.1 光刻技術(shù)光刻技術(shù)主要有 193nm 浸入式技術(shù)、157nm 深紫外光（EUV）、電子束光刻（EPL）等。所有光刻技術(shù)的原理都大致一樣，主要利用特殊的光敏性在輻射源照射下，由于分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變而導(dǎo)致材料部分溶解，從而形成高同的結(jié)構(gòu)。如圖 1-1 所示，在干凈的硅片上均勻噴涂一層光刻膠，為了提高膠與硅片之間的結(jié)合力，噴涂之前將硅片用等離子體處理 10min。然后在鉻膜上用輻射源將光刻膠圖案化，然后將沒(méi)有光刻膠覆蓋的硅片選擇性刻蝕，把剩余的光刻膠溶掉，從而形成多孔硅材料。圖 1-1D 為刻蝕后硅片的掃描照這種方法需要高精度的儀器設(shè)備，制備過(guò)程復(fù)雜且成本高。

是軟刻蝕的技術(shù)基礎(chǔ)，也是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。蝕技術(shù)制作母模板時(shí)雖需要比較昂貴的電子束刻蝕，，但是在后續(xù)非常簡(jiǎn)便。因此，與傳統(tǒng)光刻技術(shù)相比，軟刻蝕的彈性印章可以重地降低了成本，并適宜大面積、成批量生產(chǎn)和應(yīng)用。納米壓印技術(shù)壓印技術(shù)是由 Stephen Y Chou 教授在 1995 年率先提出的[13]。它者輻照使光刻膠感光成形，而是直接在硅襯底或其他襯底上利用物造納米尺寸圖形。其主要工藝流程如圖 1-2 所示[11]，首先是制備高利用電子束刻蝕技術(shù)將其圖案化；在基板上旋涂一層高分子，最常丙烯酸甲酯（PMMA）和聚苯乙烯（PS）；加熱到高分子的玻璃化，然后加壓于模板，并將溫度和壓力保持一段時(shí)間，高聚物填充掩隙中；降低溫度至玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以下后脫模，即將圖形從模板轉(zhuǎn)用反應(yīng)離子刻蝕方法除去殘留的聚合物。納米壓印技術(shù)具有產(chǎn)量高藝簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為微納加工技術(shù)的一種重要方式。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類(lèi)號(hào)】：O631.3

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本文編號(hào)：2549369