一种聚合物微加工方法技术

本申请公开了一种聚合物微加工方法，包括控制彼此能够发生反应的至少两种前驱体在反应条件下进行反应，生成微结构。本申请的聚合物微加工方法通过控制前驱体之间的接触面或者控制相互接触的前驱体的反应区域来控制反应产生的微结构；操作简单、方便，生产成本低。并且，本申请的聚合物微加工方法，可以对各种对热有响应的聚合物或者包含该聚合物的复合材料进行微加工，获得不同材质和用途的微结构产品；突破了现有技术中由于可加工材料的限制对微加工技术应用范围的限制，因此，本申请的加工方法还扩展了微加工技术的应用范围。

【技术实现步骤摘要】
一种聚合物微加工方法
本申请涉及微结构加工领域，特别是涉及一种聚合物的微加工方法。
技术介绍
大面积制备有序的聚合物微米或纳米结构由于其在聚合物电子、柔性电子、存储器、化学或生物传感器，尤其是生物领域的组织工程、表面修饰、微流控等的广泛应用引起了人们广泛的关注。目前实现聚合物微米或纳米结构的技术主要沿用了微电子学中的相关技术，比如传统光刻技术、喷墨打印技术、激光直写技术、蘸笔刻蚀技术等。虽然这些技术已经发展到可以很好的解决微电子的产业化问题，但是当这些技术移植到聚合物材料的微加工时，仍然存在着诸多限制。比如：1）高的生产成本，包括价值高昂的设备、极高的设备维护和运行成本、对于超静间的需求等；2）这些技术大部分时候只能在非常平整的表面上进行操作，很难在曲面上构筑微结构，且难以实现三维结构的制备；3）这些技术很难实现表面性质的控制，难以进行化学修饰等；4）技术可适用的材料较少。为了解决这些问题，一些以软刻蚀技术为代表的非传统微加工技术被发展以实现聚合物的微加工。软刻蚀技术是一类基于自组装和复制模塑等原理的微加工方法。作为光刻技术的一个延伸发展，它为形成和制作微米、纳米图案提供了简便、有效、价廉的途径。软刻蚀技术的基础是利用一个表面带有精细图案的弹性模板来实现图案的转移和加工，其加工的分辨率可达20纳米～100微米。这一类技术借鉴了传统的工业加工手段，主要包括微接触印刷、复制模塑、转移微模塑、毛细微模塑、溶剂辅助微模塑等技术；这类技术自发现以来已经被广泛的应用与微米和纳米器件加工、微电子学、材料科学、光学、微电子机械系统、表面化学等方面。并且，该类技术在实现聚合物微加工方面也有长足的进展，但仍然一定程度上受制于成本问题，并且，其使用的材料也对该类技术的进一步工业化生产具有限制。
技术实现思路
本申请的目的是提供一种新的聚合物微加工方法，以及该方法的应用。本申请的一方面公开了一种聚合物微加工方法，包括控制彼此能够发生反应的至少两种前驱体在反应条件下进行接触反应，生成微结构。需要说明的是，本申请的方法与现有的微加工方法相比，其重要的区别之一在于，是通过前驱体之间的反应生成微结构，并且，通过前驱体之间的接触面或者控制相互接触的前驱体的反应区域来控制所产生的微结构，因为前驱体相互接触才会发生反应，相互接触的面可以预先控制，从而控制反应产生的微结构，或者，在相互接触的前驱体中，只有满足其反应条件的区域才能发生反应，控制提供反应条件的区域即反应区域即可控制微结构的生成，在加热聚合或者降解反应中，控制加热的区域，即可实现控制微结构的生成。还需要说明的是，本申请中的接触反应是指，在达到前驱体的反应条件的情况下，能够发生反应的至少两种前驱体在相互接触时才能发生反应。进一步的，本申请中前驱体为合成聚合产物所用的反应材料或者包含该反应材料的复合材料，反应条件为加热反应条件，至少两种前驱体在相互接触时，在加热条件下反应生成微结构。需要说明的是，本申请的一种实现方式中，采用加热的方式使前驱体之间发生反应，因此，前驱体必须是对热有响应的材料，并且，由于不同的前驱体其具体反应的温度条件不同，因此在本申请中不做具体限定，技术人员可以根据具体选用的前驱体，根据已知的前驱体的热反应温度设定。本申请的一种实现方式是采用对热有响应的聚合物，因此，是在加热条件下使其反应，可以理解，在本申请的通过让前驱体反应，并控制前驱体的接触面来控制制备微结构的思路下，通过其它的方式或条件使前驱体发生反应也是可以的。进一步的，本申请的聚合物微加工方法中，还包括通过控制至少两种前驱体的接触面，或者控制相互接触的至少两种前驱体的反应区域，在加热条件下发生热聚合或者热降解反应，生成微结构。本申请中，复合材料选自有机材料、高分子材料、无机材料、有机和无机复合材料、锂电池或储能电池的正极或负极材料、电解质材料、隔膜材料，或者太阳能电池的吸光材料、光电材料、电极界面材料中的至少一种。需要说明的是，根据不同的应用或不同的需要，本申请的聚合物微加工方法可以制备用于各领域的聚合物微结构，因此，其复合材料也可以根据不同的需要选择。进一步的，有机高分子材料选自聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯酸，或者含有羟基、羧基或氨基的高分子材料中的至少一种；无机材料选自硅、金、银、铜和铁的纳米粉体或凝胶颗粒中的至少一种，或者选自硅、金、银、铜和铁的氧化物或合金或盐类化合物或复合盐类化合物的纳米粉体或凝胶颗粒中的至少一种；有机和无机复合材料为有机材料和无机材料的聚合物或者核-壳结构的复合物材料；锂电池或储能电池的正极或负极材料采用碳材料和/或无机材料的核-壳结构复合物材料制备；太阳能电池的吸光材料、光电材料、电极界面材料包括导电分子、导电高分子、导电分子与导电高分子的复合材料、碳纳米管与导电高分子的复合材料、石墨烯与导电高分子的复合材料、碳纳米管、石墨烯与导电高分子的复合材料中的至少一种。本申请的一种实现方式中，采用了两个前驱体，两个前驱体相互接触，两个前驱体相互接触的表面中至少一个前驱体的表面具有凹凸结构，在加热条件下两个前驱体根据凹凸结构，其相互接触的部分发生反应，生成微结构。进一步的，还包括洗脱步骤，即在两个前驱体反应完成后，采用洗脱溶剂将其中一个前驱体去除。需要说明的是，不同的前驱体，其洗脱溶剂也是不同的，技术人员可以根据具体使用的前驱体，确定需要使用怎样的洗脱溶剂将需要去除的前驱体溶解去除。进一步的，本申请中凹凸结构的尺寸最小可以达到1纳米，优选的凹凸结构的尺寸为20纳米～1米。进一步的，凹凸结构为前驱体本身具有的特征结构，或者是前驱体附着在一个具有表面凹凸结构的基底上形成的凹凸结构。本申请的一种实现方式中，是将其中一个前驱体涂布于具有凹凸结构的PDMS基底上，从而在前驱体表面形成凹凸结构。本申请的另一面还公开了本申请的聚合物微加工技术在动力和储能电池材料制备与加工、太阳能电池材料制备与加工、复合材料制备与加工、传感器材料制备与加工、生物芯片制备与加工以及晶体管材料制备与加工中的应用。需要说明的是，可以理解，本申请的聚合物微加工方法作为一种改进的新的微加工方法，可以用于各种需要微加工的领域。由于采用以上技术方案，本申请的有益效果在于：本申请的聚合物微加工方法通过控制前驱体之间的接触面，控制前驱体在反应条件下反应生成微结构，操作简单、方便，生产成本低，能够适用于各种材料的微加工，突破了现有的微加工技术由于可加工材料的限制对微加工技术应用范围的限制，扩展了微加工技术的应用范围。附图说明图1：是本申请实施例中聚合物微加工的一种实现方式的流程示意图；其中（a）表示在表面带有凹凸结构的基底上制备一层前驱体薄膜，（b）表示把两块带有可以发生热化学反应的前驱体薄膜的两个基底相接触后加热，（c）表示把接触反应后的基底分离并进行洗脱，由于热化学反应仅发生在接触部分，因此洗脱后就可以留下和接触部分相对应的微纳米精细结构，（d）表示在基底表面制备具有二级结构的前驱体薄膜，（e）表示把两块带有前驱体薄膜的两个基底相接触后加热，（f）表示把接触反应后的基底分离并进行洗脱制备纳米结构；图2：是本申请实施例中所制备的聚合物微结构的示意图；其中，（a）表示毫米级以上的聚合物电路图案，（b）为（a）图中的局部放大图，（c本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚合物微加工方法，其特征在于：包括控制彼此能够发生反应的至少两种前驱体在反应条件下进行接触反应，生成微结构。

【技术特征摘要】
1.一种聚合物微加工方法，其特征在于：包括控制彼此能够发生反应的至少两种前驱体在反应条件下进行接触反应，生成微结构；所述前驱体为合成聚合产物所用的反应材料或者包含所述反应材料的复合材料，所述反应条件为加热反应条件，所述至少两种前驱体在相互接触时，在加热条件下反应生成微结构；所述复合材料选自有机和无机复合材料、锂电池或储能电池的正极或负极材料、电解质材料、隔膜材料，或者太阳能电池的吸光材料、光电材料、电极界面材料中的至少一种；采用两个前驱体，两个前驱体相互接触，两个前驱体相互接触的表面中至少一个前驱体的表面具有凹凸结构，在加热条件下两个前驱体根据凹凸结构，其相互接触的部分发生反应，生成微结构，所述凹凸结构的尺寸最小达到1纳米。2.根据权利要求1所述的聚合物微加工方法，其特征在于：还包括通过控制所述至少两种前驱体的接触面，或者控制相互接触的所述至少两种前驱体的反应区域，在加热条件下发生热聚合或者热降解反应，生成微结构。3.根据权利要求1所述的聚合物微加工方法，其特征在于：所述有机和无机复合材料为有机材...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛面起，潘锋，
申请(专利权)人：北京大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：