專利名稱：一種導(dǎo)電聚合物微納線性陣列的加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及導(dǎo)電聚合物微納結(jié)構(gòu)加工方法，尤其是涉及一種導(dǎo)電聚合物微納線性 陣列的加工方法。
背景技術(shù)：
導(dǎo)電聚合物是指自身具有導(dǎo)電功能的聚合物，由于其具有特殊的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的物 理化學(xué)性能，導(dǎo)電聚合物材料的開發(fā)與應(yīng)用研究在國內(nèi)外已進(jìn)入了一個(gè)新的高潮，其發(fā)展 對(duì)電子學(xué)、信息科學(xué)和材料科學(xué)將起著巨大的影響作用。由于這類材料在電學(xué)、電化學(xué)、力 學(xué)、光學(xué)和磁學(xué)等方面的優(yōu)異性，可廣泛用于生物與化學(xué)傳感器、太陽能電池、有機(jī)發(fā)光二 極管(OLED)、電磁屏蔽、隱身技術(shù)以及生命科學(xué)等方面，在這些器件中應(yīng)用導(dǎo)電聚合物微構(gòu) 件可以較好的提升其性能并擴(kuò)展其應(yīng)用范圍，因而不但各種新型導(dǎo)電聚合物的合成獲得了 廣泛的研究，導(dǎo)電聚合物微納構(gòu)件的加工也是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。由于導(dǎo)電聚合物的主鏈?zhǔn)怯蓡坞p鍵交替的共軛π鍵構(gòu)成的，分子鏈剛性很強(qiáng)，造 成大部分導(dǎo)電聚合物難溶難熔，一旦形成很難加工。為了改善導(dǎo)電聚合物的特性，常會(huì)摻 雜或鍵鏈一些附加結(jié)構(gòu)(如在聚合物太陽能電池中為了增強(qiáng)了導(dǎo)電聚合物的熱穩(wěn)定性及 增加光吸收效果，通常還將富勒烯共價(jià)鍵鏈接到導(dǎo)電聚合物材料上)，這些結(jié)構(gòu)進(jìn)一步增強(qiáng) 了導(dǎo)電聚合物分子鏈的剛性。此外大部分導(dǎo)電聚合物對(duì)環(huán)境比較敏感，其電特性在氧化，潮 濕，化學(xué)作用下容易隨時(shí)間退化，這使得在微納加工領(lǐng)域中廣泛使用的加工方法如化學(xué)刻 蝕、等離子刻蝕、LIGA技術(shù)等方法應(yīng)用到導(dǎo)電聚合物微構(gòu)件的加工上來都有較大的局限性。目前常用的導(dǎo)電聚合物微納構(gòu)件加工方法有微噴墨打印、微接觸印刷等。微噴墨 打印通過噴頭的移動(dòng)來打印出導(dǎo)電聚合物的微結(jié)構(gòu)，但其缺點(diǎn)是要求導(dǎo)電聚合物可溶，同 時(shí)受墨滴大小的限制，其加工分辨率在20 50 μ m左右，此外所得到的微構(gòu)件的一致性不 是很理想。而微接觸印刷的工藝涉及自組裝、微接觸成型、電化學(xué)聚合沉積導(dǎo)電聚合物等多 道復(fù)雜工序使得該方法僅適合實(shí)驗(yàn)室小批量的加工。此外常用的一些微納構(gòu)件加工方法如 光刻，濕法刻蝕，激光直寫，電子束直寫等方法應(yīng)用于導(dǎo)電聚合物微構(gòu)件的加工也有少量的 研究報(bào)道。但使用如光刻、電子束直寫、激光直寫、濕法刻蝕等方法加工很容易破壞或損傷 導(dǎo)電聚合物的固有的化學(xué)特性，是以犧牲導(dǎo)電聚合物微構(gòu)件性能為代價(jià)的。導(dǎo)電聚合物微納線性陣列由于具有較大的比表面積，可作為各種生化傳感器的電 極，也可以用于組成聚合物電路，用途非常廣泛，因而尋找一種成型一致性好，可并行加工， 成本低，同時(shí)不損傷導(dǎo)電聚合物特性的加工方法非常有必要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種導(dǎo)電聚合物微納線性陣列的加工方法，通過制備帶有 襯底的導(dǎo)電聚合物復(fù)合膜，然后在加熱到襯底軟化溫度的時(shí)候，壓入帶有微納線性陣列的 微模具，并冷卻，脫模，即可得到導(dǎo)電聚合物的微納線性陣列。由于有襯底的保護(hù)，模具不易 受到損害，可大幅度降低其加工成本，同時(shí)采用本方法還有利于保證微納線性陣列結(jié)構(gòu)的一致性。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案的步驟如下1)在聚合物襯底上表面制備一層導(dǎo)電聚合物薄膜，以構(gòu)成復(fù)合膜；2)將該復(fù)合膜加熱到聚合物襯底的軟化溫度，并將帶有微納線性陣列的模具壓入 復(fù)合膜中并切斷導(dǎo)電聚合物薄膜層；3)冷卻到脫模溫度后脫模，即得到導(dǎo)電聚合物微納線性陣列。所述的導(dǎo)電聚合物薄膜材料為聚吡咯或聚苯胺。所述的聚合物襯底材料為聚甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯；聚甲基丙烯酸甲酯時(shí)軟 化溫度為95 120°C ；聚碳酸酯時(shí)軟化溫度為130 150°C。所述的復(fù)合膜，采用旋涂法加工，首先對(duì)聚合物襯底進(jìn)行超聲波清洗去除表面雜 質(zhì)及油污，用活性氧處理聚合物襯底表面10 100s，使用干燥氮?dú)獯蹈?；然后將?dǎo)電聚合 物與水按1 10 1 200的比例混合，并使用超聲均化20 IOOmin ；最后將導(dǎo)電聚合物 溶液在聚合物襯底上進(jìn)行旋涂，先在低速下進(jìn)行，轉(zhuǎn)速為200 800r/min，持續(xù)時(shí)間為6 15s，然后切換到高速，轉(zhuǎn)速為2000 9000r/min，持續(xù)時(shí)間為20 80s ；最后將復(fù)合膜放入 烤箱內(nèi)進(jìn)行烘烤，烤箱溫度為40 100°C，烘烤時(shí)間為5 30min。所述的復(fù)合膜中導(dǎo)電聚 合物薄膜的厚度和襯底的厚度比為1 2 20。通過軟化后聚合物襯底的保護(hù)，既得到了微納的導(dǎo)電聚合物線性陣列，模具也不 會(huì)受到損害，可反復(fù)利用。所述的聚合物襯底材料為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚碳酸酯(PC)。軟化后的 流動(dòng)性也較好，可確保模具快速的切斷襯底表面的導(dǎo)電聚合物薄膜，也不會(huì)損傷模具。本發(fā)明具有的有益的效果是使用本方法加工微納線性陣列，由于軟化后的聚合物襯底較軟，可確保模具切斷 導(dǎo)電聚合物薄膜后不會(huì)和硬質(zhì)材料(如使用硅材料作為襯底)接觸，可有效避免模具的損 傷，這樣模具可以多次重復(fù)利用，能大幅度降低加工成本。同時(shí)本加工方法不涉及到氧化、 潮濕及化學(xué)作用等因素，加熱的溫度在100-150°C左右，屬于低溫工作范疇，對(duì)導(dǎo)電聚合物 的特性沒有影響。此外，本方法可以進(jìn)行并行加工，具有很高的加工效率，成型出的導(dǎo)電聚 合物微納線性陣列的一致性也較好。同時(shí)本方法還可以推廣應(yīng)用于其他非導(dǎo)電聚合物微納 線性陣列如金屬的微納線性陣列的加工。


圖1 圖4是導(dǎo)電聚合物微納線性陣列加工流程。圖5是導(dǎo)電聚合物微納線性陣列加工工序。圖6是加工出的微納線性陣列。圖中1.帶有微納線性陣列結(jié)構(gòu)的模具，2.導(dǎo)電聚合物薄膜，3.聚合物襯底，4.導(dǎo) 電聚合物微納線性陣列。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。如圖1所示，準(zhǔn)備好帶有微納線性陣列的微模具及導(dǎo)電聚合物與襯底的復(fù)合膜。如圖2所示，施加一定的預(yù)壓力，使得模具和導(dǎo)電聚合物層能夠緊密接觸。然后如圖3所 示，加熱到襯底的玻璃態(tài)軟化溫度附近，施加壓力以壓斷導(dǎo)電聚合物薄膜，并保持壓力一段 時(shí)間以確保導(dǎo)電聚合物薄膜能被完全切斷。最后如圖4所示，冷卻到一定的脫模溫度，進(jìn)行 脫模，獲得導(dǎo)電聚合物微線性陣列。整個(gè)工藝參數(shù)變化如圖5所示。最終獲得的導(dǎo)電聚合 物微納線性陣列如圖6所示。本發(fā)明具體實(shí)施步驟如下1、制備微模具及導(dǎo)電聚合物與襯底的復(fù)合膜，微模具可以通過電鑄、刻蝕等通用 的微納加工方法加工，而復(fù)合膜可以采用旋涂法加工。2、將微模具及復(fù)合膜放在可加熱，加壓的精密平臺(tái)上，施加一個(gè)預(yù)壓力Pp后，將模 具及復(fù)合膜加熱到軟化溫度 ；，為保證襯底聚合物有較強(qiáng)的流動(dòng)性，通常Te應(yīng)大于聚合物 襯底的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)換溫度。3、施加壓入壓力Pe以切斷導(dǎo)電聚合物薄膜，然后保壓，時(shí)間為th，以確保切斷導(dǎo)電 聚合物薄膜被完全切斷。4、冷卻到脫模溫度Td后開始脫模，獲得導(dǎo)電聚合物微納線性陣列。本發(fā)明的一個(gè)典型實(shí)施例如下1)微模具采用鎳模具，其尺寸為a = 10 μ m，b = 15 μ m。聚合物襯底材料選用聚甲 基丙烯酸甲酯，其軟化溫度設(shè)定為110°C。導(dǎo)電聚合物選用聚吡咯材料，用旋涂法在0.5mm 厚的聚甲基丙烯酸甲酯上旋涂出0. 05mm厚的聚吡咯薄膜層，具體旋涂步驟為首先對(duì)聚合 物襯底進(jìn)行超聲波清洗去除表面雜質(zhì)及油污，使用活性氧處理聚合物襯底表面20s，并使 用干燥氮?dú)獯蹈伞Ｈ缓髮?dǎo)電聚合物聚吡咯與水按1 15的比例混合，并使用超聲均化 30min。最后將導(dǎo)電聚合物溶液在聚合物襯底上進(jìn)行旋涂，旋涂復(fù)合膜具體工藝為先在低 速旋涂，低速度為400r/min，保持時(shí)間為10s，然后高速旋涂，速度為2500r/min，保持時(shí)間 為40s，最后將復(fù)合膜放入烤箱內(nèi)進(jìn)行烘烤，烘烤溫度為60°C，烘烤lOmin。2)關(guān)鍵工藝參數(shù)選為:Pp = 0. IMPa, Te = 108°C, th = lmin，Pe = 1. 2MPa，Td = 60°C，按上述本發(fā)明的具體實(shí)施步驟進(jìn)行加工，即可獲得想要的聚吡咯微納線性陣列。
權(quán)利要求
一種導(dǎo)電聚合物微納線性陣列的加工方法，其特征在于該方法的步驟如下1)在聚合物襯底上表面制備一層導(dǎo)電聚合物薄膜，以構(gòu)成復(fù)合膜；2)將該復(fù)合膜加熱到聚合物襯底的軟化溫度，并將帶有微納線性陣列的模具壓入復(fù)合膜中并切斷導(dǎo)電聚合物薄膜層；3)冷卻到脫模溫度后脫模，即得到導(dǎo)電聚合物微納線性陣列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種導(dǎo)電聚合物微納線性陣列的加工方法，其特征在于所 述的導(dǎo)電聚合物薄膜材料為聚吡咯或聚苯胺。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種導(dǎo)電聚合物微納線性陣列的加工方法，其特征在于所 述的聚合物襯底材料為聚甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯；聚甲基丙烯酸甲酯時(shí)軟化溫度為 95 120°C ；聚碳酸酯時(shí)軟化溫度為130 150°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種導(dǎo)電聚合物微納線性陣列的低成本加工方法，其特征在 于所述的復(fù)合膜，采用旋涂法加工，首先對(duì)聚合物襯底進(jìn)行超聲波清洗去除表面雜質(zhì)及油 污，用活性氧處理聚合物襯底表面10 100s，使用干燥氮?dú)獯蹈桑蝗缓髮?dǎo)電聚合物與水 按1 10 1 200的比例混合，并使用超聲均化20 IOOmin ；最后將導(dǎo)電聚合物溶液 在聚合物襯底上進(jìn)行旋涂，先在低速下進(jìn)行，轉(zhuǎn)速為200 800r/min，持續(xù)時(shí)間為6 15s， 然后切換到高速，轉(zhuǎn)速為2000 9000r/min，持續(xù)時(shí)間為20 80s ；最后將復(fù)合膜放入烤箱 內(nèi)進(jìn)行烘烤，烤箱溫度為40 100°C，烘烤時(shí)間為5 30min。所述的復(fù)合膜中導(dǎo)電聚合物 薄膜的厚度和襯底的厚度比為1 2 20。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種導(dǎo)電聚合物微納線性陣列的加工方法。該方法的步驟如下在聚合物襯底上表面制備一層導(dǎo)電聚合物薄膜，以構(gòu)成復(fù)合膜；將該復(fù)合膜加熱到聚合物襯底的軟化溫度，并將帶有微納線性陣列的模具壓入復(fù)合膜中并切斷導(dǎo)電聚合物薄膜層；冷卻到脫模溫度后脫模，即得到導(dǎo)電聚合物微納線性陣列。通過軟化后聚合物襯底的保護(hù)，既得到了微納的導(dǎo)電聚合物線性陣列，模具也不會(huì)受到損害，可反復(fù)利用。相較其他的導(dǎo)電聚合物微納構(gòu)件的加工方法，本方法具有成型一致性好，可并行加工，成本低等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C08L33/12GK101880430SQ20101020658
公開日2010年11月10日 申請(qǐng)日期2010年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月22日
發(fā)明者傅建中, 章婷, 賀永, 陳子辰 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)