一种基于介电润湿效应下的薄膜的剥离方法及应用

本发明实施例涉及薄膜的剥离，具体涉及一种基于介电润湿效应下的薄膜的剥离方法及应用。

背景技术：

1、薄膜作为一种具备多种优异性能的通用材料，被广泛应用于纳/微机电系统(nano/micro electromechanical systems，nems/mems)、软体机器人(soft robot)、柔性电子(flexible electronics)及生物医学设备(biomedical devices)。例如：柔性薄膜压力传感器件的广泛使用；具备大变形、多自由柔性电子器件的深度开发；薄膜基材广泛应用于柔性机器人的多种部件等。随着这些领域的飞速发展，薄膜材料的需求及使用迅速攀升，逐渐成为科学界、产业界以及普通民众所关注的热门材料。

2、应用器件小型化促使薄膜厚度越来越趋于微米、纳米尺度。在这一尺度下，传统的机械剥离方法(脱黏条、鼓包法等)很难满足实际的生产需求。另外，新型的电场驱动下的薄膜剥离方法只适应于导电基底，难以满足黏附于绝缘基底表面薄膜的剥离需求。为了满足微米、纳米尺度下多样化基底上的薄膜剥离需要，亟待发展新型的薄膜剥离方法来解决这一基础性难题。

技术实现思路

1、为此，本发明实施例提供一种基于介电润湿效应下的薄膜的剥离方法，通过基于介电润湿效应控制液体实现微/纳米尺寸的完全黏附薄膜从任意基底上的快速剥离，解决了现有技术中传统剥离方法对完全附着的微/纳米尺寸的薄膜剥离的局限性及电场驱动下的薄膜剥离方法对绝缘基底的不适应性。

2、为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：

3、在本发明实施例的一个方面，提供了一种基于介电润湿效应下的薄膜的剥离方法，包括：

4、s100、在黏附于基底的薄膜的至少部分受限边界条件处滴加电解质溶液；

5、s200、在所述基底中背离所述薄膜的一侧设置导电基台，将所述电解质溶液与电源的正电极电性连接，所述导电基台与电源的负电极电性连接，通过所述电源施加外加电场，以使得所述电解质溶液在外加电场的作用下沿薄膜的受限边界铺展；

6、s300、所述电解质溶液在表面张力与电场力的共同作用下侵入所述薄膜与所述基底的界面结合层，固-液界面能和电场能共同克服薄膜的形变能及基底-薄膜的界面结合能，将所述薄膜从所述基底上抬升与剥离；其中，

7、所述负电极为接地负极，以使得所述基底的电势为零。

8、作为本发明的一种优选方案，步骤s200具体包括：

9、s201、预先设定剥离参数，并根据预设的剥离参数，计算剥离所需的电源的剥离电压；

10、s202、根据步骤s201中的计算出的电源的剥离电压调节电源后，接通所述电源，使得所述正电极与所述负电极形成的电场诱导所述基底上的电荷均匀分布并使得所述基底形成为电容器，且所述基底中靠近所述正电极的端面形成为电容器负极，由于所述电解质溶液与所述正电极相接触，进而使得所述电解质溶液受到所述正电极与所述基底表面形成的电容器负极所产生的电场力作用，并在电场力和界面张力的共同作用下迫使所述电解质溶液发生铺展。

11、作为本发明的一种优选方案，所述负电极为接地负极，以使得所述基底的电势为零。

12、作为本发明的一种优选方案，步骤s300具体包括：

13、s301、在电场作用下，所述电解质溶液在电场力和界面力的共同作用下沿着所述薄膜的受限边界铺展；

14、s302、在电场的持续作用下，固-液界面能和电场能共同克服薄膜的形变能及基底-薄膜的界面结合能，所述电解质溶液侵入所述薄膜与基底的结合层并在所述结合层中铺展，将所述薄膜从所述基底上抬升与剥离。

15、作为本发明的一种优选方案，所述剥离方法还包括：根据步骤s300中薄膜的实际剥离参数，重新计算电源的剥离电压，并对电源的剥离电压进行校正和调节。

16、作为本发明的一种优选方案，步骤s201中的剥离电压为剥离临界电压；

17、步骤s202中对电源调节后的实际剥离电压不小于步骤s201中的剥离临界电压。

18、作为本发明的一种优选方案，所述剥离临界电压的计算如下公式所示：

19、gw-0.7γfw＝γsw+0.3γfw-γsf＜ε0ρfex，  公式i；

20、uc＝(γsw+0.3γfw-γsf)d/(ε0ρf)，  公式ii；

21、其中，公式i中，gw为黏附功，γfw为薄膜-电解质溶液间的界面能，γsw为基底-电解质溶液间的界面能，γsf为基底-薄膜间的界面能，ε0为真空介电常数，ρf为溶液电荷体密度，ex为电场强度；

22、公式ii中，d为基底的厚度，uc为临界剥离电压。

23、作为本发明的一种优选方案，所述负电极设置于所述基底与所述导电基台之间。

24、作为本发明的一种优选方案，所述电解质溶液选自水、盐溶液、酸溶液和碱溶液中的至少一种。

25、作为本发明的一种优选方案，所述基底为绝缘材料。

26、作为本发明的一种优选方案，所述基底的材质选自pdms、pet和pen。

27、在本发明实施例的另一个方面，还提供了一种根据上述所述的剥离方法在薄膜剥离中的应用，附着有所述薄膜的基底为绝缘基底。

28、本发明的实施方式具有如下优点：

29、本发明基于介电润湿效应操控液体的动态特性，通过电场力和液体界面力共同作用克服薄膜张力及基底-薄膜界面结合力，对薄膜进行抬升并剥离。本方法不受预留空白区的限制、不受基底导电特性的限制，能有效实现对完全黏附的薄膜从任意基底上的完全剥离。

技术特征：

1.一种基于介电润湿效应下的薄膜的剥离方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种剥离方法，其特征在于，步骤s200具体包括：

3.根据权利要求2所述的一种剥离方法，其特征在于，步骤s300具体包括：

4.根据权利要求3所述的一种剥离方法，其特征在于，所述剥离方法还包括：根据步骤s300中薄膜的实际剥离参数，重新计算电源的剥离电压，并对电源的剥离电压进行校正和调节。

5.根据权利要求3或4所述的一种剥离方法，其特征在于，步骤s201中的剥离电压为剥离临界电压；

6.根据权利要求5所述的一种剥离方法，其特征在于，所述剥离临界电压的计算如下公式所示：

7.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种剥离方法，其特征在于，述负电极设置于所述基底与所述导电基台之间。

8.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种剥离方法，其特征在于，所述电解质溶液选自水、盐溶液、酸溶液和碱溶液中的至少一种。

9.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种剥离方法，其特征在于，所述基底为绝缘材料；

10.一种根据权利要求1-9中任意一项所述的剥离方法在薄膜剥离中的应用，其特征在于，附着有所述薄膜的基底为绝缘基底。

技术总结本发明实施例公开了一种基于介电润湿效应下的薄膜的剥离方法及应用，包括：在薄膜的受限边界条件处滴加电解质溶液；在基底的一侧设置导电基台，将电解质溶液与正电极连接，导电基台与负电极连接，通过电源施加外加电场，以使得电解质溶液在外加电场的作用下沿薄膜的受限边界铺展；电解质溶液在表面张力与电场力的共同作用下侵入薄膜与基底的界面结合层，将薄膜从基底上抬升与剥离。本发明基于介电润湿效应操控液体的动态特性，通过固‑液界面能和电场能共同克服薄膜的形变能及基底‑薄膜的界面结合能，实现对薄膜进行抬升并剥离。本方法不受预留空白区的限制、不受基底的导电特性的限制，能有效实现薄膜从任意基底表面的完全剥离。技术研发人员：赵亚溥,李培柳,黄先富受保护的技术使用者：中国科学院力学研究所技术研发日：技术公布日：2024/1/16