聚合物微结构的微模塑制造方法及其应用

摘要

软刻蚀技术(Soft Lithography)是近年来发展起来的一种新型微制造技术.它由最初的硬质模板,通过中介图形转移元件--弹性印章--把微米、亚微米甚至是纳米级的微图形复制到目标物质上去.与传统的光刻技术相比,软刻蚀具有显著的优点:实施过程简便,成本低廉,不需要复杂昂贵的大型光刻设备,尤其适于在普通实验室开展;弹性印章一次模塑成形,可多次重复使用,可大面积、成批量制作微图形;可以在复杂的表面上制作微图形;不受光波长的约束,可以突破光刻中由于光衍射造成的加工尺度极限;适用材料范围广,金属、玻璃、有机聚合物、陶瓷等都可以很方便地通过软刻蚀的方法制备成微图形.此外,软刻蚀方法还对化学及生物研究有很好的兼容性.软刻蚀研究具有良好的理论价值和应用前景.在该论文中,我们把软刻蚀方法应用到聚合物中.通过毛细微模塑和转移微模塑方法制备了聚合物的微结构,并通过聚合物的软刻蚀方法制备了钌螯合物功能材料的微结构以及PbS功能材料的微图形.另外,我们还初步探索了一种新的软刻蚀方法--溶胀印章的毛细微模塑方法.最后,在该论文的第二部份,我们还研究了环氧树脂-聚酰胺-玻璃微珠体系的固化行为.具体地来说,该论文有以下几个主要部分:1.设计并加工了用于软刻蚀的不同的模板,并用该模板制作了软刻蚀的核心元件--PDMS弹性印章.2.用聚苯乙烯的丙酮溶液通过毛细微模塑的方法制作了聚苯乙烯的微结构.对该过程中的一些影响实验结果的因素进行了讨论.还通过聚苯乙烯微结构为中间体,制作了PbS功能材料的微结构.3.用聚乙烯吡咯烷酮的水溶液和乙醇溶液通过毛细微模塑和转移微模塑的方法制作了聚乙烯吡咯烷酮的微结构.对实验中影响结果的一些因素进行了讨论.4.用聚乙烯吡咯烷酮、钌螯合物和乙醇的混合液通过毛细微模塑和转移微模塑方法制得了具有荧光效应的微结构,并粗略研究了它的荧光性能.该方法制得的微图形在传感器等方面有很好的潜在用途.5.在论文的第二部分我们用树脂固化仪对环氧树脂-聚酰胺-玻璃微体系的固化行为进行了研究.并对结果进行了理论分析.

目录

文摘

英文文摘

第一章软刻蚀技术发展概况

§1.1微制造（microfabrication）技术的发展历史

§1.2软刻蚀(Soft Lithography)的诞生

§1.3软刻蚀技术

§1.3.1弹性印章

§1.3.2微接触印刷(microcontact printing,uCP)

§1.3.3复制模塑(replica molding ,REM)

§1.3.4转移微模塑(microtransfre molding,uTM)

§1.3.5毛细微模塑(micromolding in capillaries,MIMIC)

§1.3.6溶剂辅助微模塑(solvent-assisted micromolding ,SAMIM)

§1.3.7近场光刻蚀

§1.4软刻蚀的发展现状及应用

§1.4.1软刻蚀技术自身的丰富和发展

§1.4.2软刻蚀应用领域的拓展

§1.5对软刻蚀技术的一个小结

§1.6本实验室在软刻蚀方面所做的研究

§1.7本课题的选题意义

参考文献

第二章软刻蚀的模板和印章

§2.1模板

§2.2硅橡胶

§2.3弹性印章

§2.4本章小结

参考文献

第三章毛细微模塑法制备聚合物的微结构

§3.1毛细微模塑

§3.2毛细微模塑法制备苯乙烯的微图形

一、仪器和药品

二、实验步骤

§3.3利用聚苯乙烯的毛细微模塑制备PbS的微图形

一、仪器和药品

二.实验步骤

三.结果与讨论

§3.4毛细微模塑法制备聚乙烯吡咯烷酮的微图形

一、仪器和药品

二.实验步骤

三.结果与讨论

§3.5毛细微模塑法制备钌掺杂聚乙烯吡咯烷酮的微图形

一、仪器和药品

二.实验步骤

三、结果与讨论

§3.6用溶胀印章进行毛细微模塑的初步尝试

一、仪器和药品

二、实验步骤

三、结果与讨论

§3.7本章小结

参考文献

第四章转移微模塑法制备聚合物的微结构

§4.1转移微模塑

§4.2转移微模塑法制备聚乙烯吡咯烷酮

一、仪器和药品

二.实验步骤

三.结果与讨论

§4.3转移微模塑法制备钌掺杂聚乙烯吡咯烷酮

一、仪器和药品

二、实验步骤

三.结果与讨论

§4.4本章小结

参考文献

第五章环氧树脂-聚酰胺-玻璃微珠体系的固化

§5.1前言

§5.2实验部份

§5.3结果与讨论

一、环氧树脂-聚酰胺固化体系

二、环氧树脂-聚酰胺固化体系的固化反应表观活化能

三、玻璃微珠对固化体系的影响

四、非平衡态热力学涨落理论预估固化行为

§5.4本章小结

参考文献

论文发表情况

致谢

勘误表