一种具有不同高度的微米柱的衬底的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种具有不同高度的微米柱的衬底的制备方法。所述方法包括：制备电镀掩模板；将电镀掩模板浸没在电镀液中进行电镀，以在微米孔中沉积不同高度的微米柱；去除掩膜层，得到模具；将第一预聚物浇筑在模具上，待第一预聚物固化形成聚合物后，将聚合物与模具剥离，得到的聚合物上具有与微米柱形状相同的微米孔；在聚合物上浇筑第二预聚物，待第二预聚物固化后，将第二预聚物与第一预聚物剥离，得到具有不同高度的微米柱的衬底。所述方法能够在带有微米孔的电镀掩模板上通过电镀的方式，制备具有不同高度的微米柱的模具，这使得模具上的微米柱尺寸可以精确控制，即微米柱的尺寸可由微米级至纳米级。
【专利说明】—种具有不同高度的微米柱的衬底的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微纳结构领域，特别涉及一种具有不同高度的微米柱的衬底的制备方法。
【背景技术】
[0002]微纳结构是指尺寸为微米至纳米的结构，微纳结构在现代科技领域有着广泛的应用。太阳能电池效率的提高、环境污染物的高效处理、化学反应效率和产物的提纯、细胞的生长调控及三维微环境的模拟等等，这些都是以微纳结构作为技术支持，特别是在生物领域中，微纳结构有着十分重要的作用。
[0003]现有的微纳加工技术是在二维平面衬底上制备出高度一致的微米柱或纳米柱。若在二维平面衬底上制备出高度不等的微米柱或纳米柱时，则可以采用三维软光刻曝光技术，在利用三维软光刻曝光技术时，倾斜衬底并使光刻胶悬涂在倾斜的衬底上，通过光刻胶的厚度变化实现微米柱或纳米柱的高度变化，进而实现微米柱或纳米柱高度的梯度变化。
[0004]在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题:
[0005]通过三维软光刻曝光制备高度不等的微米柱或纳米柱时，其控制精度差，耗时时间长，降低了制备的微米柱或纳米柱的质量，同时也降低了制备微米柱或纳米柱的效率。
【发明内容】
[0006]为了解决现有技术中制备微米柱或纳米柱的质量低且效率低的问题，本发明实施例提供了一种具有不同高度的微米柱的衬底的制备方法。所述技术方案如下:
[0007]本发明实施例提供了一种具有不同高度的微米柱的衬底的制备方法，所述方法包括:
[0008]制备电镀掩模板，所述电镀掩模板包括基底和设于所述基底上的掩膜层，所述掩膜层上具有微米孔；
[0009]将所述电镀掩模板浸没在电镀液中进行电镀，以在所述微米孔中沉积不同高度的微米柱；
[0010]将所述电镀掩模板取出，去除所述掩膜层，得到模具，所述模具包括所述基底和所述基底上的微米柱；
[0011]将第一预聚物浇筑在所述模具上，待所述第一预聚物固化形成聚合物后，将所述聚合物与所述模具剥离，得到的聚合物上具有与所述微米柱形状相同的微米孔；
[0012]在所述具有微米孔的聚合物上浇筑第二预聚物，待所述第二预聚物固化后，将所述第二预聚物与所述第一预聚物剥离，得到所述具有不同高度的微米柱的衬底。
[0013]具体地,所述电镀材料为镍、金、铜、聚卩比咯或聚苯胺。
[0014]具体地,所述基底为表面导电的玻璃、表面导电的娃片或表面导电的聚对苯二甲酸乙二醇酯。
[0015]具体地，所述电镀掩模板竖直浸没在所述电镀液中，所述电镀掩模板与提升装置连接，所述微米柱的轴线与所述提升装置的抽取方向垂直布置。
[0016]进一步地，所述提升装置通过金属丝与所述电镀掩模板连接。
[0017]进一步地，所述提升装置为注射泵。
[0018]具体地，采用丙酮去除所述电镀掩模板上的光刻胶。
[0019]具体地，所述第一预聚物为聚二甲基硅氧烷、聚乙二醇二丙烯酸酯或聚乳酸。
[0020]具体地，所述第二预聚物为聚二甲基硅氧烷、聚乙二醇二丙烯酸酯或聚乳酸。
[0021]具体地，所述微米柱的直径为1?500微米，高度为0.1?100微米。
[0022]本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是:本发明实施例提供的具有不同高度的微米柱的衬底的制备方法，能够在带有微米孔的电镀掩模板上通过电镀的方式，制备具有不同高度的微米柱的模具，这使得模具上的微米柱尺寸大小可以得到精确的控制，即微米柱的尺寸可由微米级至纳米级，同时，通过图形转移的方法可以将微米柱复制在很多高分子材料上，拓宽了微纳结构的应用范围，特别是生物医学工程以及再生医学等领域，此外，本发明提供的制备方法操作简单，成本低，有利于规模化生产。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024]图1是本发明实施例提供的制备方法的原理图；
[0025]图2是本发明实施例提供的电镀掩模板浸没在电镀液中进行电镀的结构示意图；
[0026]图3是本发明实施例提供的得到具有不同高度的微米柱的模具的结构示意图；
[0027]图4是本发明实施例提供的将第一预聚物浇筑在具有不同高度的微米柱的模具上的结构示意图；
[0028]图5是本发明实施例提供的具有微米孔的聚合物的结构示意图；
[0029]图6是本发明实施例提供的在聚合物上浇筑第二预聚物的结构示意图；
[0030]图7是本发明实施例提供的注射泵的抽取速度为匀速时速度与时间的示意图；
[0031]图8是本发明实施例提供的在图7的条件下制备出高度呈线性变化的微米柱示意图；
[0032]图9是本发明实施例提供的注射泵的抽取速度为间断性变化时速度与时间的示意图；
[0033]图10是本发明实施例提供的在图9的条件下制备出的微米柱高度呈阶梯式变化的示意图。
[0034]图中:1-提升装置、2-电镀材料、3-电镀掩模板、4-电镀液、5-模具、6_第一预聚物、7-第二预聚物。
【具体实施方式】
[0035]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
[0036]实施例
[0037]本发明实施例提供了一种具有不同高度的微米柱的衬底的制备方法，如图1所示，该方法包括:
[0038]步骤100:制备电镀掩模板3，该电镀掩模板3包括基底和设于基底上的掩膜层，掩膜层上具有微米孔。
[0039]具体地,基底可以为表面导电的玻璃、表面导电的娃片或表面导电的聚对苯二甲酸乙二醇酯，进一步地，该基底可以为氧化铟锡导电玻璃(ΙΤ0导电玻璃)、掺杂氟的氧化锡导电玻璃(FT0导电玻璃)、氧化铟锡导电硅片、掺杂氟的氧化锡导电硅片、氧化铟锡导电聚对苯二甲酸乙二醇酯或掺杂氟的氧化锡导电聚对苯二甲酸乙二醇酯。本发明实施例以氧化铟锡导电玻璃作为基底。
[0040]具体地，掩膜层可以为光刻胶。
[0041]步骤200:如图2所示，将电镀掩模板3浸没在电镀液4中进行电镀，以在微米孔中沉积不同高度的微米柱，电镀时，电镀材料2为正极，电镀掩模板3为负极(即电镀材料与电源的正极连接，电镀掩模板与电源的负极连接)。电镀时间、电镀液4的浓度和电镀的电流分别与电镀材料2的沉积高度成正比，通过控制电镀掩模板3浸在电镀液4中时间的长短、电镀液4的浓度的高低以及电镀的电流大小，从而得到具有沉积高度不同的微米柱的电镀掩模板3。由于电镀掩模板3上有微米孔的地方接触电镀液，所以只能在微米孔的地方电镀上电镀材料2，而其它地方则被光刻胶保护，则不能被电镀上电镀材料2。
[0042]具体地，电镀材料2可以为镍、金、铜、聚吡咯或聚苯胺，本发明实施例以镍作为电镀材料2。
[0043]具体地，电镀掩模板3竖直浸没在电镀液4中，电镀掩模板3与提升装置I连接，微米柱的轴线与提升装置I的抽取方向垂直布置，通过提升装置I的抽取速度控制电镀掩模板3的电镀时间。
[0044]进一步地，提升装置I通过金属丝(图中未示)与电镀掩模板3连接，且该金属丝的弹性较小。
[0045]进一步地，提升装置I通过铜丝与电镀掩模板3连接。
[0046]进一步地，提升装置I可以为注射泵，该注射泵的工作模式为抽取状态。
[0047]步骤300:如图3所示，将电镀掩模板3取出，去除掩膜层，得到模具5，模具5包括基底和基底上的微米柱。
[0048]具体地，采用丙酮去除电镀掩模板3上的光刻胶。
[0049]步骤400:如图4和图5所示，将第一预聚物6浇筑在模具5上，待第一预聚物6固化形成聚合物后，将聚合物与模具5直接剥离，得到的聚合物上具有与微米柱形状、尺寸均相同的微米孔。
[0050]具体地，第一预聚物6可以为聚二甲基硅氧烷、聚乙二醇二丙烯酸酯或聚乳酸，本发明实施例以聚二甲基硅氧烷作为第一预聚物6。
[0051]步骤500:如图6所示，在具有微米孔的聚合物上浇筑第二预聚物7，待第二预聚物7固化后，将第二预聚物7与第一预聚物6剥离，得到具有不同高度的微米柱的衬底。
[0052]具体地，第二预聚物7可以为聚二甲基硅氧烷、聚乙二醇二丙烯酸酯或聚乳酸，本发明实施例以聚二甲基硅氧烷作为第二预聚物7。
[0053]具体地，制备电镀掩模板3的方法包括:
[0054]将基底依次分别经异丙醇、丙酮、酒精和去离子水洗涤，再经超声清洗10分钟，将基底在烘台上烘干后，在基底上旋转悬涂掩膜层(光刻胶)；
[0055]通过曝光和显影的方法使掩膜层上具有微米孔，即得到电镀掩模板3。
[0056]具体地，电镀液4可以包括:硫酸镍、氯化镍和硼酸，且硫酸镍的浓度为250g/L，氯化镍的浓度为35g/L，硼酸的浓度为35g/L。
[0057]具体地，注射泵的抽取速度可以为每分钟1微米?100毫米。
[0058]具体地，电镀液4的温度可以为50°C，电流密度可以为0.05A/cm2。
[0059]具体地，微米柱的直径可以为1?500微米，高度可以为0.1?100微米，同时，微米孔的直径为1?500微米，高度为0.1?100微米。
[0060]本发明实施例通过控制注射泵的抽取端的抽取速度实现微米柱的高度变化，具体地:
[0061]在电镀液4的温度、电流和电镀液4的浓度恒定的条件下，通过注射泵抽取，实现提升电镀掩模板3的目的，电镀掩模板3离开电镀液4的区域就停止了电镀，而留在电镀液4中的区域则继续进行电镀，由此，先停止电镀的区域，其微米柱的沉积量少，使得沉积电镀材料2的高度较小，随着电镀时间的增加，沉积的电镀材料2的高度也逐渐增大，进而制备出具有不同高度的微米柱的电镀掩模板3，当注射泵的抽取速度为匀速时，参见图7，其制备出的微米柱高度呈线性变化，参见图8 ;当注射泵的抽取速度为间断性变化时，参见图9，其制备出的微米柱高度呈阶梯式变化，参见图10。此外，也可以在注射泵提升电镀掩模板3时，通过增加电流的大小和电镀液4的浓度进而增加电镀材料2的沉积量。
[0062]本发明实施例提供的具有不同高度的微米柱的衬底的制备方法，能够在带有微米孔的电镀掩模板上通过电镀的方式，制备具有不同高度的微米柱的模具，这使得模具上的微米柱尺寸大小可以得到精确的控制，即微米柱的尺寸可由微米级至纳米级，同时，通过图形转移的方法可以将微米柱复制在很多高分子材料上，拓宽了微纳结构的应用范围，特别是生物医学工程以及再生医学等领域，此外，本发明提供的制备方法操作简单，成本低，有利于规模化生产。
[0063]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种具有不同高度的微米柱的衬底的制备方法，其特征在于，所述方法包括: 制备电镀掩模板，所述电镀掩模板包括基底和设于所述基底上的掩膜层，所述掩膜层上具有微米孔； 将所述电镀掩模板浸没在电镀液中进行电镀，以在所述微米孔中沉积不同高度的微米柱； 将所述电镀掩模板取出，去除所述掩膜层，得到模具，所述模具包括所述基底和所述基底上的微米柱； 将第一预聚物浇筑在所述模具上，待所述第一预聚物固化形成聚合物后，将所述聚合物与所述模具剥离，得到的聚合物上具有与所述微米柱形状相同的微米孔； 在所述具有微米孔的聚合物上浇筑第二预聚物，待所述第二预聚物固化后，将所述第二预聚物与所述第一预聚物剥离，得到所述具有不同高度的微米柱的衬底。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电镀材料为镍、金、铜、聚吡咯或聚苯胺。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基底为表面导电的玻璃、表面导电的硅片或表面导电的聚对苯二甲酸乙二醇酯。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电镀掩模板竖直浸没在所述电镀液中，所述电镀掩模板与提升装置连接，所述微米柱的轴线与所述提升装置的抽取方向垂直布置。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述提升装置通过金属丝与所述电镀掩模板连接。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述提升装置为注射泵。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用丙酮去除所述电镀掩模板上的光刻胶。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一预聚物为聚二甲基硅氧烷、聚乙二醇二丙烯酸酯或聚乳酸。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二预聚物为聚二甲基硅氧烷、聚乙二醇二丙烯酸酯或聚乳酸。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微米柱的直径为I?500微米，高度为0.1?100微米。
【文档编号】B82B3/00GK104401937SQ201410604747
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年10月31日 优先权日:2014年10月31日
【发明者】何荣祥, 陈勇, 张正涛, 何伟琪 申请人:江汉大学