【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微纳表面结构制备领域，特别是涉及一种沿液晶聚合物表面的向错线制备三维微纳结构的方法。
技术介绍
1、在微纳结构制备方法中，按制备方式大致可以分为两大类——“自上而下”和“自下而上”的方法。传统“自上而下”的制造微纳结构的方法大部分源于光刻工艺，纳米/微米级结构可以通过一步(或多步)光刻工艺制造，然而它们通常需要昂贵的光学设备和复杂的工艺，导致制备微纳结构的难度非常大；纳米压印技术也是一种方法，通过直接压印的方式将印章上的图案转移到聚合物薄膜上，产生相应的结构。但是该压印的制备方法通常会在结构表面产生缺陷。“自下而上”的自组装技术是一个更有前景的制备微纳结构制备技术，自组装形成三维微纳结构的过程不涉及直接的图案转移过程，省去了在制备过程中许多的繁琐工艺，在自组装的过程中基本结构单元(分子，纳米材料，微米或更大尺度的物质)在基于非共价键的相互作用下自发的聚集为一个稳定、具有一定规则几何外观的结构。
2、液晶是一种优秀的自组装材料，它们具有独特的各向异性，能够对外界刺激做出响应自组装形成微观结构。然而，目前基于液晶的表面形貌制备方法大多基于破坏液晶分子排布产生自由体积的原理。该原理能够在液晶聚合物薄膜表面制备一定的三维表面形貌，但该方法较难形成规整的图案化三维结构，且所形成的结构的长径比很低。
3、综上所述，亟需研发一种新的技术方案，开发基于液晶聚合物的微纳结构制备技术，以便捷高效制备规整的三维结构，解决现有制备技术中存在的问题。
技术实现思路
1、
2、不同于现有技术cn113262735a中所公开的液晶聚合物表面微纳结构的制备方法，本专利所提出的方法能够产生更加规整的三维结构，通过在液晶聚合物薄膜上形成向错线图案的方式，能够进一步提升对液晶聚合物分子流动的操控性，产生所设计的三维结构。如同心圆环以及周期可调的光栅结构。
3、本专利技术公开了一种沿液晶聚合物表面的向错线制备三维微纳结构的方法，其包括如下步骤：
4、s1、设置液晶盒的填充区；
5、s2、对液晶盒进行光控取向；
6、s3、将液晶混合物填入所述填充区，并对所述液晶混合物进行光聚合，形成液晶聚合物的薄膜；拆开液晶盒，增大所述填充区的高度；
7、其中，填充区首先采用尺寸较小的间隔子，将填充区尺寸限定在一个较小的范围内；待液晶聚合物成膜后，将间隔子尺寸换为更大尺寸，从而使得填充区尺寸进一步增长，有利于液晶聚合物的自然生长。
8、s4、对所述液晶聚合物薄膜加热，然后置于电场中，形成三维微纳结构；
9、其中，所述液晶混合物在光聚合后，具有近晶相；
10、所述填充区在所述液晶盒的第一取向层和第二取向层的作用下，使得所述液晶聚合物含有若干条向错线，并形成向错线图案，所述向错线图案与目标结构图案一致。
11、液晶是一种具有流动各向异性的材料，它在每个方向上流动的难易程度是不一样的。本专利技术将利用液晶的这个性质，通过控制液晶的流动来制备规整的微纳结构。值得注意的是，本专利技术所使用液晶材料为流动时，各向异性更加显著的近晶相液晶材料。其中，所选液晶混合物材料应满足以下条件：(1)为含有丙烯酸酯结构可供光聚合的单体材料；(2)液晶混合物具有液晶相，光聚合之后的聚合物具有近晶相。
12、本专利技术所选材料，在机理上将带来以下增益：近晶相液晶其结构是由液晶棒状分子聚集一起形成的层状结构，在层内液晶分子长轴相互平行分子排列整齐，其方向可垂直或倾斜于层平面。由于这个层状结构的存在使得近晶相液晶分子的流动各向异性非常的显著，液晶分子能够在层结构之内流动，而在层之间的流动就会变得非常困难。本专利技术正是利用了这一个特点，来设计一种规整微纳结构的自组装方法。
13、在本专利技术的一些实施方式中，为进一步得到无缺陷，连续整齐的凸起结构，同时对凸起的生长方式进行了优化：首先使用一个梯度较小的渐变盒厚液晶单元盒，从而能够实现让凸起以一种延展式的方式生长。延展式生长的方式能够减小生长过程所产生的缺陷，使得结构更加连续、完整。具体原理为，不同盒厚位置提供的电场力不同，在液晶盒中相对较薄的区域会获得更大的电场力，凸起会优先生长，从而起到引导其他区域凸起生长的效果。
14、进一步地，步骤s4中，所述加热的温度t满足：液晶聚合物的清亮点温度ti≥t≥液晶聚合物的玻璃化温度tg。
15、本专利技术中所使用的材料体系为了能同时达到流动、结构在室温下定型的效果，将使用具有近晶相的液晶聚合物作为基底。与小分子液晶不同，聚合物液晶在加热到tg温度之上后，聚合物分子链段开始移动而产生流动效果，当温度降到tg之下后聚合物分子链段冻结，固定当前形貌。
16、本专利技术是利用了一种名为ehdi的电场效应原理来制备微纳结构。当液晶聚合物薄膜处于tg之上时，液晶分子具有了流动能力，此时我们对液晶分子施加一个电场，初始由表面张力而保持平整的薄膜表面开始出现热扰动。当电场作用力大于表面张力时，液晶分子突破平整的薄膜表面开始向上生长。其中所述加热的温度t≥所述液晶聚合物的玻璃化温度tg；所述电场为驱动该液晶聚合物发生ehdi的阈值电压。
17、值得注意的是，此时基底的液晶材料取向效果会影响液晶分子的生长方式。本专利技术所使用的近晶相液晶聚合物会在沿着指向矢的方向生长出凸起条纹，但在单轴取向的液晶聚合物薄膜中，并不能严格平行于分子的指向矢方向生长，这是由于取向过程中的缺陷造成的；当同一平面内的凸起在没有基底干预的情况下，同时生长也会造成混乱的生长结果。为了解决以上两种情况制备出不规整的凸起结构，本专利技术提出两种方法，具体如下：
18、通过对基底指向矢分布的设计，对不同区域的凸起生长顺序进行干预。在本专利技术中设计了一种特殊的光取向层图案，如图2所示，液晶单体将按照所设计的光取向层图案进行排列，并在光聚合固定后获得相同排列的聚合物薄膜。这种交替的取向方式会在两个不同取向区域的交界处形成一个向错线，这会引入一种强烈的边界效应，液晶凸起的生长会优先在这些位置产生。其中我们对这一个过程进行了优化，当向错线的周期为该条件下凸起的特征距离时45°的夹角的向错线能够产生规整的凸起，这是由于利用ehdi原理生长出来的结构间具有一个固定的间距，我们称之为特征距离，当所设计的向错线周期等于这个特征距离时，凸起能够沿着向错线进行生长；当所设计的向错线大于2倍或者小于0.5倍的特征距离时，凸起将无法沿着向错线生长，呈现大体朝着指向矢方向生长的方式。值得注意的是，并不是所有指向矢夹角所形成的向本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种沿液晶聚合物表面的向错线制备三维微纳结构的方法，其特征在于，所述沿液晶聚合物表面的向错线制备三维微纳结构的方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述沿液晶聚合物表面的向错线制备三维微纳结构的方法，其特征在于，步骤S4中，所述加热的温度T满足：液晶聚合物的清亮点温度Ti≥T≥液晶聚合物的玻璃化温度Tg。
3.根据权利要求1所述沿液晶聚合物表面的向错线制备三维微纳结构的方法，其特征在于，步骤S4中，所述电场为直流电场，电场强度E≥107V·m-1。
4.根据权利要求1所述沿液晶聚合物表面的向错线制备三维微纳结构的方法，其特征在于，所述向错线图案中，形成所述向错线的两个相邻区域指向矢夹角范围为30°-60°。
5.根据权利要求1所述沿液晶聚合物表面的向错线制备三维微纳结构的方法，其特征在于，步骤S3中，所述液晶混合物包括液晶单体和光引发剂，所述液晶单体选自丙烯酸酯类液晶材料。
6.根据权利要求1所述沿液晶聚合物表面的向错线制备三维微纳结构的方法，其特征在于，所述液晶盒包括第一基板和第二基板，所述第一基板和所述第二基板之
7.根据权利要求6所述沿液晶聚合物表面的向错线制备三维微纳结构的方法，其特征在于，所述填充区的厚度为0.2-50μm。
8.根据权利要求1所述沿液晶聚合物表面的向错线制备三维微纳结构的方法，其特征在于，所述目标结构图案采用DMD数字掩膜光刻系统制作。
9.根据权利要求5所述沿液晶聚合物表面的向错线制备三维微纳结构的方法，其特征在于，所述液晶混合物包括质量份数为0.5～2.0的光引发剂，和质量份数为98.0～99.5的液晶单体。
10.根据权利要求5所述沿液晶聚合物表面的向错线制备三维微纳结构的方法，其特征在于，所述光引发剂为自由基光引发剂。
...【技术特征摘要】
1.一种沿液晶聚合物表面的向错线制备三维微纳结构的方法，其特征在于，所述沿液晶聚合物表面的向错线制备三维微纳结构的方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述沿液晶聚合物表面的向错线制备三维微纳结构的方法，其特征在于，步骤s4中，所述加热的温度t满足：液晶聚合物的清亮点温度ti≥t≥液晶聚合物的玻璃化温度tg。
3.根据权利要求1所述沿液晶聚合物表面的向错线制备三维微纳结构的方法，其特征在于，步骤s4中，所述电场为直流电场，电场强度e≥107v·m-1。
4.根据权利要求1所述沿液晶聚合物表面的向错线制备三维微纳结构的方法，其特征在于，所述向错线图案中，形成所述向错线的两个相邻区域指向矢夹角范围为30°-60°。
5.根据权利要求1所述沿液晶聚合物表面的向错线制备三维微纳结构的方法，其特征在于，步骤s3中，所述液晶混合物包括液晶单体和光引发剂，所述液晶单体选自丙烯酸酯类液晶材料。
6.根据权利要求1所述沿液晶聚合物表面的向错...
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