一种准周期微纳结构的图案化制备方法

本发明属于微纳制造领域，涉及一种准周期微纳结构的图案化制备方法。

背景技术：

1、自然界的各种生物经过长时间的进化，每一种生物都拥有着近乎完美的结构与功能，能够适应复杂的生存环境。每一种生物都是一座天然的宝藏等待着研究者去发掘与利用。加利福尼亚大学的marc andrémeyers提出大多数生物的功能并不是由单独的材料特性所决定的，功能结构的特殊排布也起到了至关重要的作用。生物的功能型表界面一般是由准周期的微纳结构组装而成，人类要想将这些优秀的性能化为己用，就必须将这些具有特定功能的微纳结构制造出来，目前常规的仿生结构制造工艺有光刻、刻蚀、生物模板法、呼吸图法、面曝光3d打印以及激光加工等方法。光刻、刻蚀以及激光加工等方法加工成本高，工艺复杂而且很难进行曲面加工；生物模板法受限于生物模板的尺寸无法大批量规模化制造且只能复制较为简单的结构；呼吸图法成本低廉但是对制备环境湿度要求非常严格，而且只能成形蜂窝状二维结构，成形能力差且可控性差；面曝光3d打印工艺可以成形三维结构具有曲面造型能力，但是成型精度一般在数十微米，精度较低效率一般。这些制造层面的弊端限制了仿生结构在人类日常生活中的大范围应用。因而，探索一种成本低廉、工艺简单并且能够实现大面积图案化制造的准周期微纳结构的成形新工艺是推动仿生学研究成果早日造福人类的必由之路。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种准周期微纳结构的图案化制备方法，该方法能够实现大面积图案化制造的准周期微纳结构，且具有工艺简单、成本低的特点。

2、为达到上述目的，本发明所述的准周期微纳结构的图案化制备方法包括以下步骤：

3、1)在基底上制备光刻胶薄膜，再通过光刻工艺制作图案化光刻胶薄膜；

4、2)在经步骤1)处理后的基底上沉积带有图形化光刻胶的导电薄膜，然后去除光刻胶，得带有图形化导电薄膜；

5、3)在具有带有图形化导电薄膜的基底上沉积可溶性材料层，风干后，得可溶性材料薄膜；

6、4)将带有图形化导电薄膜接地或连接于与静电雾化电压相反的偏压，然后通过电雾化可溶性材料薄膜对应的溶剂，在可溶性材料薄膜的表面沉积微纳尺度液滴，由于带有图形化导电薄膜的存在，微纳尺度液滴在电场的作用下定向沉积于带有图形化导电薄膜的位置，并且在电场的作用下形成具有图案化准周期微纳结构的薄膜，其中，无带有图形化导电薄膜部分的液滴受到基底的排斥力被环状液滴回收装置回收蒸发，完成准周期微纳结构的图案化。

7、步骤1)中，在基底上采用旋涂或刮刀涂布的方式制备光刻胶薄膜。

8、步骤1)中的基底包括玻璃及聚合物衬底。

9、步骤2)中带有图形化光刻胶的导电薄膜的厚度为0.1～100微米。

10、步骤3)中，通过溶液制膜法在具有带有图形化导电薄膜的基底上沉积可溶性材料层。

11、所述溶液制膜法为旋涂、丝网印刷、喷涂、刮刀涂布、狭缝涂布、浸泡涂布及压印中的一种。

12、步骤3)中，可溶性材料薄膜的厚度为0.1～100微米。

13、所述可溶性材料薄膜的材质包括但不限于天然蛋白质、丝素蛋白、羧甲基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素及聚乙二醇。

14、步骤4)中，环状液滴回收装置的内径为5-500mm，外径为5-1000mm，并且电极的形状为方形、圆形或椭圆形。

15、步骤4)中，环状液滴回收装置的材质为导电材料。

16、本发明具有以下有益效果：

17、本发明所述的准周期微纳结构的图案化制备方法在具体操作时，通过电场调控的方式实现图案化准周期孔状微纳结构的制备，相比于传统的图案化孔状微纳结构制备工艺，工艺成本低廉并且能够大面积进行图案化制备。另外，需要说明的是，本发明通过电场调控的方式进行图案化准周期孔状结构的制备，可以通过对电场进行数字化控制，实现无掩模制备图案化孔状微纳结构，加快仿生学研究成果造福人类的进程。

技术特征：

1.一种准周期微纳结构的图案化制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的准周期微纳结构的图案化制备方法，其特征在于，步骤1)中，在基底(11)上采用旋涂或刮刀涂布的方式制备光刻胶薄膜(12)。

3.根据权利要求1所述的准周期微纳结构的图案化制备方法，其特征在于，步骤1)中的基底(11)包括玻璃及聚合物衬底。

4.根据权利要求1所述的准周期微纳结构的图案化制备方法，其特征在于，步骤2)中带有图形化光刻胶的导电薄膜(14)的厚度为0.1～100微米。

5.根据权利要求1所述的准周期微纳结构的图案化制备方法，其特征在于，步骤3)中，通过溶液制膜法在具有带有图形化导电薄膜(15)的基底(11)上沉积可溶性材料层。

6.根据权利要求5所述的准周期微纳结构的图案化制备方法，其特征在于，所述溶液制膜法为旋涂、丝网印刷、喷涂、刮刀涂布、狭缝涂布、浸泡涂布及压印中的一种。

7.根据权利要求1所述的准周期微纳结构的图案化制备方法，其特征在于，步骤3)中，可溶性材料薄膜(16)的厚度为0.1～100微米。

8.根据权利要求1所述的准周期微纳结构的图案化制备方法，其特征在于，所述可溶性材料薄膜(16)的材质包括但不限于天然蛋白质、丝素蛋白、羧甲基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素及聚乙二醇。

9.根据权利要求1所述的准周期微纳结构的图案化制备方法，其特征在于，步骤4)中，环状液滴回收装置的内径为5-500mm，外径为5-1000mm，并且电极的形状为方形、圆形或椭圆形。

10.根据权利要求1所述的准周期微纳结构的图案化制备方法，其特征在于，步骤4)中，环状液滴回收装置的材质为导电材料。

技术总结本发明公开了一种准周期微纳结构的图案化制备方法，包括以下步骤：1)在基底上制备光刻胶薄膜，再通过光刻工艺制作图案化光刻胶薄膜；2)在经步骤1)处理后的基底上沉积带有图形化光刻胶的导电薄膜，然后去除光刻胶，得带有图形化导电薄膜；3)在具有带有图形化导电薄膜的基底上沉积可溶性材料层，风干后，得可溶性材料薄膜；4)将带有图形化导电薄膜接地或连接于与静电雾化电压相反的偏压，然后通过电雾化可溶性材料薄膜对应的溶剂，在可溶性材料薄膜的表面沉积微纳尺度液滴，形成具有图案化准周期微纳结构的薄膜，该方法能够实现大面积图案化制造的准周期微纳结构，且具有工艺简单、成本低的特点。技术研发人员：王莉,裴跃琛,罗钰,冯学明受保护的技术使用者：西安交通大学技术研发日：技术公布日：2024/1/14