三维有序多孔微结构制造方法技术

本发明专利技术三维有序多孔微结构制造方法，主要于一基板表面沉积并自组装形成由多数粒子呈六方堆叠的孔洞结构；接着，将充填材料充填于孔洞结构的缝隙，待充填材料硬化定型后将粒子移除，即可完成连续性佳、高再现性的三维有序多孔微结构。

Method for manufacturing three-dimensional ordered porous microstructure

Three dimensional porous micro structure manufacturing method of the invention, mainly in the deposition of a substrate surface and a self-assembled porous structure six stacked by a majority of particles; then, the gap filling materials in the pore structure, the filling material hardening after setting the particle is removed, to be completed for good, high reproduction of three-dimensional ordered the micro porous structure.

【技术实现步骤摘要】
三维有序多孔微结构制造方法
本专利技术有关一种三维有序多孔微结构制造技术，旨在提供一种可有效缩短加工时间，且所完成的三维有序多孔微结构具有连续性佳、高再现性等特性的三维有序多孔微结构制造方法。
技术介绍
多孔性材料中的孔洞若其孔径接近光波长且若具有高度的排列秩序则该多孔洞材质拥有特殊且高实用性的光学性质，可广泛应用于光催化、生物载体、吸附、过滤、绝缘、半导体以及微量感应等领域。有序多孔微结构由于具有特定的物理结构，因此可使光波在物质中的电磁特性加以改变，可使得电磁波在此具有高度排列秩序的材料中的行为将有如电子在晶体中般可被介质的空间结构、排列周期、结构形式以及介电常数所控制，因此不需要改变介质本身的化学结构，仅需在介质的波长尺度以及光子能隙进行设计便可制造出具有不同光特性的产物，此种新式的人工晶体称为光子晶体(photoniccrystal)，被视为非常具有潜力的新一代光电材料。有序多孔微结构的基本架构为在一维、二维、或三维上具有周期性排列的介质所组成，其中一维的架构即是一般所谓的光学多层膜，它被广泛用在光学镜片上，由周期排列的多层介质膜造成一维的光子能隙，使某些波段的光子无法穿越，达成高效率的反射。具有二维、三维的周期性排列结构则是目前最受到重视的有序多孔微结构。已知，能够以自组装模式制造三维有序多孔微结构，其主要采用均一粒径的聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或是二氧化硅等将粒子利用自然、离心、真空抽气过滤法等方式将粒子于一基板上自组装形成孔洞结构，再以其表面具有孔洞结构的基板为模板，于该模板上添加无机氧烷单体使其进行溶胶凝胶反应，最后利用锻烧与萃取等方式将基板移除，即可生成具有光子晶体性质的三维有序多孔微结构。然而，用以在基板表面形成制作孔洞结构的方法不但需耗费数日，难以达到大量生产的规模，且所完成的孔洞结构普遍出现粒子排列松散的现象，导致后续所完成的成品连续性及再现性较差，可完成的三维有序多孔微结构尺寸相对受限。因此，如何能够以相对较少的时间制作孔洞结构，且如何让所完成的制作孔洞结构的粒子排列效果更为紧密、可靠，使可藉以有效缩短加工时间，并且制作连续性佳、高再现性以及大面积的三维有序多孔微结构，一直是产业界及学术界所亟欲解决的课题。
技术实现思路
本专利技术所解决的技术问题即在提供一种可有效缩短加工时间，且所完成的三维有序多孔微结构具有连续性佳、高再现性等特性的三维有序多孔微结构制造方法。本专利技术所采用的技术手段如下所述。本专利技术所揭露的三维有序多孔微结构制造方法，基本上具有下列两种主要施作方式。本专利技术第一种施作方式的三维有序多孔微结构制造方法，基本上包括下列步骤：a.提供一基板；b.建构孔洞结构，于该基板的表面形成由多数粒子呈六方堆叠的孔洞结构；c.建构一牺牲层，将牺牲材料充填于该孔洞结构与该基板之间的缝隙至预先设定的高度，使于该基板的表面与该孔洞结构之间形成一具预先设定厚度的牺牲层；d.填覆孔洞结构将充填材料填覆于该孔洞结构的缝隙至预先设定的高度；e.移除孔洞结构，待充填材料硬化定型后将孔洞结构的全数粒子移除；完成上述a~e的步骤，即可获得位在该基板的表面的牺牲层上方，具有光子晶体性质且连续性佳、高再现性的三维有序多孔微结构。依据上述技术特征，所述建构孔洞结构的步骤中，将该基板置入一悬浮液中，该悬浮液中含有多数均匀悬浮、分散于该悬浮液中的粒子，且提供垂直作用于该基板的表面的附着电场，使该悬浮液中的粒子沉积于该基板的表面，于该附着电场作用预先设定的时间后，将该表面已沉积有预先厚度的粒子的基板自该悬浮液中移出，且在该基板的表面的粒子之间尚具备移动条件的状态下，于该基板外围提供作用于该基板的塑形电场，由该塑形电场驱动该基板的表面所沉积的粒子移动至不具备移动条件的最紧密状态，即可于该基板的表面形成由多数粒子呈六方堆叠的孔洞结构。本专利技术第二种施作方式的三维有序多孔微结构制造方法，基本上包括下列步骤：a.提供一基板；b.建构一牺牲层，于该基板的牺牲层表面形成由多数粒子呈六方堆叠的孔洞结构；d.填覆孔洞结构将充填材料填覆于该孔洞结构的缝隙至预先设定的高度；e.移除孔洞结构，待充填材料硬化定型后将孔洞结构的全数粒子移除；完成上述a~e的步骤，即可获得位在该基板的牺牲层表面，具有光子晶体性质且连续性佳、高再现性的三维有序多孔微结构。依据上述技术特征，所述建构孔洞结构的步骤中，将该基板置入一悬浮液中，该悬浮液中含有多数均匀悬浮、分散于该悬浮液中的粒子，且提供垂直作用于该基板的离型层表面的附着电场，使该悬浮液中的粒子沉积于该基板的离型层表面，于该附着电场作用预先设定的时间后，将该已于离型层表面沉积有预先厚度的粒子的基板自该悬浮液中移出，且在该基板的离型层表面的粒子之间尚具备移动条件的状态下，于该基板外围提供作用于该基板的塑形电场，由该塑形电场驱动该基板的离型层表面所沉积的粒子移动至不具备移动条件的最紧密状态，即可于该基板的离型层表面形成由多数粒子呈六方堆叠的孔洞结构。依据上述技术特征，所述该三维有序多孔微结构制造方法，在建构孔洞结构之前，预先于该基板的表面设有供限制粒子沉积区域的图案。所述该三维有序多孔微结构制造方法，在建构孔洞结构步骤中，将该基板直立放置于该悬浮液的状态下提供附着电场。所述该三维有序多孔微结构制造方法，在建构孔洞结构步骤中，将该基板水平放置的状态下提供塑形电场。所述该牺牲层为氧化物、高分子及金属。所述该充填材料为金属、金属氧化物或为高分子聚合物。所述该牺牲层以及充填材料具有物理性质差异或化学性质差异。依据上述技术特征，所述孔洞结构至少部分有序堆叠排列。依据上述技术特征，所述三维有序多孔微结构制造方法进一步包含移除牺牲层的步骤，其中移除牺牲层的步骤在移除孔洞结构之前或移除孔洞结构之后进行。依据上述技术特征，所述三维有序多孔微结构制造方法，在建构孔洞结构之前，预先于该牺牲层表面设有供限制粒子沉积区域的图案。本专利技术所产生的有益效果如下。本专利技术所揭露的三维有序多孔微结构制造方法，主要在建构孔洞结构的步骤中，于一基板表面沉积并自组装形成由多数粒子呈六方堆叠的孔洞结构，由该基板作为模板，并利用一牺牲层使其形成无基板支撑的结构，以制作具有连续性佳、高再现性、大面积等特性的三维有序多孔微结构。附图说明图1为本专利技术第一实施例的三维有序多孔微结构制造方法基本流程图。图2为本专利技术第一实施例的三维有序多孔微结构制造方法在悬浮液中提供作用于基板的附着电场时的粒子沉积状态示意图。图3为本专利技术第一实施例的三维有序多孔微结构制造方法在提供作用于基板的塑形电场时的粒子自组装状态示意图。图4为本专利技术第一实施例的三维有序多孔微结构制造方法在建构一牺牲层步骤的状态示意图。图5为本专利技术第一实施例的三维有序多孔微结构制造方法在填覆孔洞结构步骤的状态示意图。图6为本专利技术第一实施例的三维有序多孔微结构制造方法在移除孔洞结构步骤的状态示意图。图7为本专利技术第二实施例的三维有序多孔微结构制造方法基本流程图。图8为本专利技术第二实施例的三维有序多孔微结构制造方法在建构一牺牲层步骤的状态示意图。图9为本专利技术第二实施例的三维有序多孔微结构制造方法在悬浮液中提供作用于基板的附着电场时的粒子沉积状态示意图。图10为本专利技术第二实施例的三维有序多孔微结构制造方法在提供作用于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维有序多孔微结构制造方法，其特征在于，包括下列步骤：a.提供一基板(30)；b.建构一孔洞结构(10)，于该基板(30)的表面形成由多数粒子(11)呈六方堆叠的孔洞结构(10)；c.建构一牺牲层(40)，将牺牲材料(41)充填于该孔洞结构(10)与该基板(30)之间的缝隙(12)至预先设定的高度，使于该基板(30)的表面与该孔洞结构(10)之间形成一具预先设定厚度的牺牲层(40)；d.填覆孔洞结构，将充填材料(51)填覆于该孔洞结构(10)的缝隙(12)至预先设定的高度；e.移除孔洞结构(10)，待充填材料(51)硬化定型后将孔洞结构(10)的全数粒子(11)移除；完成上述a~e的步骤，即获得位在该基板(30)的表面的牺牲层(40)上方，连续性佳、高再现性的三维有序多孔微结构(50)。

【技术特征摘要】
1.一种三维有序多孔微结构制造方法，其特征在于，包括下列步骤：a.提供一基板(30)；b.建构一孔洞结构(10)，于该基板(30)的表面形成由多数粒子(11)呈六方堆叠的孔洞结构(10)；c.建构一牺牲层(40)，将牺牲材料(41)充填于该孔洞结构(10)与该基板(30)之间的缝隙(12)至预先设定的高度，使于该基板(30)的表面与该孔洞结构(10)之间形成一具预先设定厚度的牺牲层(40)；d.填覆孔洞结构，将充填材料(51)填覆于该孔洞结构(10)的缝隙(12)至预先设定的高度；e.移除孔洞结构(10)，待充填材料(51)硬化定型后将孔洞结构(10)的全数粒子(11)移除；完成上述a~e的步骤，即获得位在该基板(30)的表面的牺牲层(40)上方，连续性佳、高再现性的三维有序多孔微结构(50)。2.如权利要求1所述的三维有序多孔微结构制造方法，其特征在于，该建构孔洞结构(10)的步骤中，将该基板(30)置入一悬浮液(20)中，该悬浮液(30)中含有多数均匀悬浮、分散于该悬浮液(20)中的粒子(11)，且提供垂直作用于该基板(30)的表面的附着电场，使该悬浮液(20)中的粒子(11)沉积于该基板(30)的表面，于该附着电场作用预先设定的时间后，将该表面已沉积有预先厚度的粒子(11)的基板(30)自该悬浮液(20)中移出，且在该基板(30)的表面的粒子(11)之间尚具备移动条件的状态下，于该基板(30)外围提供作用于该基板(30)的塑形电场，由该塑形电场驱动该基板(30)的表面所沉积的粒子(11)移动至不具备移动条件的最紧密状态，即于该基板(30)的表面形成由多数粒子(11)呈六方堆叠的孔洞结构(10)。3.一种三维有序多孔微结构制造方法，其特征在于，包括下列步骤：a.提供一基板(30)；b.建构一牺牲层(40)，于该基板(30)其中一表面设有一预先设定厚度的牺牲层(40)；c.建构孔洞结构(10)，于该基板(30)的牺牲层(40)表面形成由多数粒子(11)呈六方堆叠的孔洞结构(10)；d.填覆孔洞结构将充填材料(51)填覆于该孔洞结构(10)的缝隙(12)至预先设定的高度；e.移除孔洞结构(10)，待充填材料(51)硬化定型后将孔洞结构(10)的全数粒子(11)移除；完成上述a~e的步骤，即获得位在该基板(30)的牺牲层(40)表面，连续性佳、高再现性的三维有序多孔微结构(50)。4.如权利要求3所述的三维有序多孔微结构制造方法，其特征在于，该建构孔洞结构(10)的步骤中，将该基板(30)置入一悬浮液(20)中，该悬浮液(20)中含有多数均匀悬浮、分散于该悬浮液中的粒子(11)，且提供垂...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖晨宏，谢逸凡，成育，
申请(专利权)人：台湾创新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71