[发明专利]基于纳米粒子掩膜刻蚀的图形化亲疏复合表面制备工艺

说明书

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，涉及一种图形化亲疏复合表面制备工艺，尤其是一种基于纳米粒子掩膜刻蚀的图形化亲疏复合表面制备工艺。

背景技术

亲疏水性是材料表面的一种特性，由液滴在表面的静态接触角表征。接触角小于90度为亲水表面，接触角大于90度为疏水表面。图形化亲疏复合表面亲水区域对液体具有较强的粘附作用，而疏水区排斥液滴，这种特性可以实现液滴的阵列化，在雾水收集、生物细胞粘附、生化反应、微流体器件、液晶显示器等方面具有广泛的应用。

近年来，亲疏复合表面的制备技术有了飞速发展。目前国内外大量的研究人员开始亲疏复合表面制备及其应用研究，主要的制备方法有高分子疏水材料紫外光曝光改性、高分子退火裂变、化学反应与扩散、喷墨打印技术及液滴法等。

亲水与疏水差异是亲疏复合表面重要参数，它决定了复合表面对液滴的吸附、控制能力。通过调整纳米粒子掩膜刻蚀参数，制备出不同形貌的纳米结构，实现表面亲水性和疏水性差异化，对于液滴的调控有积极意义。表面制备纳米结构的方法主要有化学刻蚀法、脉冲激光加工、电子束直写(EBL)、压印技术等，这些方法不仅对设备要求较高、条件苛刻、不易大面积制备，而且均存在成本高、亲疏差异不能调控等问题，难以满足越来越多领域对图形化亲疏复合表面的需要。

因此，提供一种高效、低成本且亲疏差异化可控的亲疏复合表面制造工艺尤为必要。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于纳米粒子掩膜刻蚀的图形化亲疏复合表面制备工艺，其结合纳米粒子掩膜刻蚀和光刻工艺以及疏水处理，在常温下即可低成本、高效率实现大面积制备，能够降低现有图形化技术的成本。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

这种基于纳米粒子掩膜刻蚀的图形化亲疏复合表面制备工艺，包括以下步骤：

(a)单层纳米粒子制备

清洗基片，在清洗好的基片上制备单层纳米粒子；

(b)纳米粒子掩膜刻蚀

以步骤（a）中制备的单层纳米粒子为掩膜，用电感耦合等离子体刻蚀制备出纳米结构；

(c)光刻

在步骤（b）所制备的纳米结构表面利用光刻技术制备出图形化光刻胶表面；

(d)处理图形化光刻胶表面

用电感耦合等离子体沉积的方式在步骤（c）制备的图形化光刻胶表面制备C₄F₈层；

(e)去除光刻胶

步骤（d）后，采用超声清洗去除光刻胶，得到图形化亲疏复合表面。

进一步，以上步骤（a）中，基片清洗具体为：依次用酒精、丙酮、去离子水对基片进行清理，之后将基片置于烘干台烘干。

进一步，以上步骤（a）中，采用溶液合成法制备出纳米粒子，然后采用旋涂法制备单层密排纳米粒子。

进一步，以上用旋涂法将纳米粒子悬浮液旋涂于基片上，纳米粒子直径450纳米，浓度1.6克/升，旋涂转速600转/分，时间20秒，置于60摄氏度烘台上烘干。

进一步，以上步骤（c）中，通过改变掩膜板图形形状，光刻显影后得到不同形状尺寸的图形化表面。

进一步，以上步骤（e）中，用乙醇去除光刻胶。

本发明具有以下有益效果：

（1）采用本发明制备的亲疏复合表面，克服了高分子裂变图案和化学反应的不可控性，相比喷墨打印等具有更低的成本，加工效率高，有大面积制备和广泛应用的潜力。

（2）本发明在基片表面通过纳米粒子掩膜刻蚀得到不同形貌的纳米结构，改变表面的形貌，具有制备简单、成本低廉优势。而C₄F₈沉积也是提高表面疏水性的手段，表面越亲水，经过C₄F₈处理之后表面越疏水。结合光刻工艺，在刻蚀得到的亲水表面选择性沉积C₄F₈即可得到亲疏复合表面。通过控制刻蚀所得形貌，可以实现不同差异化的亲疏复合表面。

（3）采用本发明的工艺，能够使纳米结构亲疏复合表面对液滴的调控能力增强，并且通过调控表面纳米形状，可以实现不同亲水、疏水差异化表面，扩大了亲疏复合表面的应用范围。

进一步，本发明采用了合成的纳米粒子乙醇分散液为旋涂液，可以通过调控分散液浓度、旋涂转速和烘烤温度，以保证纳米粒子大面积单层排布。

附图说明

图1为基片的清洗和表面纳米结构制备流程图。

图1a为清洗载玻片工艺示意图。

图1b为纳米粒子单层排布工艺示意图。