一种仿植物叶片气孔结构的弹性印章及其制备方法与应用与流程

本发明涉及一种仿植物叶片气孔结构的弹性印章及其制备方法与应用，属于转移印刷。

背景技术：

1、转移印刷技术，是一种将微纳材料集成为空间有序的二维或三维功能模块的一种技术，目前已广泛应用于一些异质不均匀的高性能集成功能性系统的制备，如柔性光/电子器件、三维或曲面光/电子器件、生物相容性的探测与测量设备。

2、转移印刷一般使用弹性印章实现，依靠弹性印章与施主基底上的器件之间的强粘附把器件从施主基底上拾取下来；当需要将器件转移到受主基底上时，则减弱印章与器件之间的粘附力，把器件释放到受主基底上。转印的关键在于，印章与器件粘附性能的调控。

3、热驱动气孔转印技术是弹性印章的一种重要的器件转移方式，该技术通过脉冲激光加热印章/器件界面，利用界面热驱动器件的脱粘，并且可通过控制激光加热区域，实现选择性器件转移。利用热量致使弹性印章的气孔内压力发生变化以调控印章/器件界面粘着力进而实现器件的拾取、释放，是应用该技术的一种重要途径。然而现有的弹性印章([1]luo,h.；wang,s.；wang,c.；linghu,c.；song,j.,thermal controlled tunable adhesivefor deterministic assembly by transfer printing.advanced functional materials2021,31(16))的气孔微空腔为圆柱形，易于出现形变、歪斜乃至不均匀收缩，并且其制备涉及基板刻蚀、印章脱模等工序，制备流程繁琐且印章脱模工序也面临潜在的印章结构损伤问题，不利于大规模推广与应用。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种仿植物叶片气孔结构的弹性印章及其制备方法与应用；该弹性印章设有带有半球形微空腔的气孔的聚合物层，通过热量调节弹性印章/器件界面粘附力以实现器件的拾取、释放；该弹性印章拥有较高的适用范围和较宽的粘度可调节范围，较高的器件转移效率，可以有效解决弹性印章拾取器件时的压力施加以及释放器件到低粘力受主衬底困难的问题；该弹性印章的制备工艺简单、快捷，具有非常重要的实用价值和创新意义。

2、本发明的技术方案如下：

3、本发明的目的之一是提供一种仿植物叶片气孔结构的弹性印章，所述弹性印章为双层结构，包括基板和位于基板上表面的聚合物薄膜层；

4、进一步地，所述聚合物薄膜层的表面设有多个气孔，气孔的内部为半球形微空腔，与位于聚合物薄膜层下方的基板连通；

5、进一步地，所述聚合物薄膜层为高度透明弹性体材料；所述基板为石英玻璃基板或蓝宝石基板。

6、进一步地，所述聚合物薄膜层具体为聚二甲基硅氧烷。

7、本发明的目的之二是提供一种制备上述仿植物叶片气孔结构的弹性印章的方法，包括步骤如下：

8、s1：在基板表面旋涂正性光刻胶，正性光刻胶经光刻形成微米级的小圆柱形光刻胶凸点阵列；而后将小圆柱形光刻胶凸点阵列加热至120～160℃熔化，随后冷却并自然形成半球形光刻胶凸点阵列，得到具有半球形光刻胶凸点阵列的基板；

9、s2：在半球形光刻胶凸点阵列的基板表面旋涂一层聚二甲基硅氧烷的预聚液并加热至60～100℃使其交联固化形成由聚二甲基硅氧烷构成的聚合物薄膜层；

10、s3：使用氩离子轰击聚合物薄膜层表面使半球形光刻胶凸点阵列的最高高度与聚合物薄膜层一致；

11、s4：利用去胶液清洗去除光刻胶，半球形光刻胶凸点阵列所对应的位置分别形成内部为半球形微空腔的气孔，使对应位置的基板暴露；随后样品经清洗、氮气干燥，得到所述仿植物叶片气孔结构的弹性印章。

12、进一步地，步骤s1中所述基板在使用前经水虎鱼溶液清洗；所述的水虎鱼溶液是重量比为3:1的浓硫酸和过氧化氢的混合溶液。

13、进一步地，步骤s1中所述正性光刻胶为azp 4620光刻胶。

14、进一步地，步骤s2中所述预聚液为重量比10:1的聚二甲基硅氧烷的预聚物(即聚二甲基硅氧烷的长链聚合物分子，其具有柔性的si-o主链和甲基侧基)和固化剂(乙烯基交联剂和铂催化剂)的混合液。

15、进一步地，经过步骤s2形成的聚合物薄膜层的厚度应低于所述半球形光刻胶凸点阵列的最高高度。

16、进一步地，步骤s4中所述去胶液为丙酮、n-甲基-吡咯烷酮、二甲基亚砜及其混合溶液。

17、本发明还提供一种上述仿植物叶片气孔结构的弹性印章的器件转移方法，具体步骤如下：

18、1)器件的拾取

19、将弹性印章贴合到位于施主衬底上表面的器件上方，对弹性印章的气孔内的空气进行加热，使气孔的半球形微空腔内空气被排出，气孔内的气压随之下降并与大气压形成负压，使弹性印章/器件界面受到大气压的作用而处于粘附状态，进而从施主衬底上拾取器件；

20、2)器件的释放

21、对已经拾取器件的弹性印章的气孔内的空气进行加热，使气孔的半球形微空腔内气压增大并大于大气压力形成正压，使弹性印章/器件界面受到微空腔内压力的作用而处于脱粘状态，进而将器件释放到受主衬底上。

22、进一步地，所述空气加热的方式为激光照射加热，可通过激光照射弹性印章气孔以进行气孔的微空腔内的空气温度调控，进而实现驱动微空腔内/外空气的排出/进入；通过激光照射弹性印章表面全局气孔阵列，可使弹性印章进行全局接触式加压，实现大规模器件转移；此外，也可对弹性印章表面的气孔阵列进行激光局部照射，可选择性地驱动所需的气孔，实现选择性器件转移。

23、区别于以往技术，本发明具有如下有益效果：

24、1、本发明提出一种仿植物叶片气孔结构的弹性印章，该弹性印章的聚合物层表面具有气孔，可通过激光照射弹性印章气孔以进行气孔的微空腔内的空气温度调控，进而实现驱动微空腔内/外空气的排出/进入；通过激光照射弹性印章表面全局气孔阵列，可使弹性印章进行全局接触式加压，实现大规模器件转移；此外，也可对弹性印章表面的气孔阵列进行激光局部照射，可选择性地驱动所需的气孔，实现选择性器件转移。

25、2、相较于以往弹性印章的圆柱形气孔，本发明的半球形气孔的稳定性较强，不会出现歪斜或者不均匀收缩，可有效提高器件拾取的稳定性与精度，印章结构简单且制备成本低廉。

26、3、本发明提出的弹性印章制备方法简单、便捷，无须复杂的基板刻蚀、印章脱模等制备工序，并且可通过光刻胶凸点的大小和数量的调控以制备出具有不同气孔大小和数量的弹性印章；值得一提的是，气孔大小与气孔储存和释放的气压密切相关，气孔大小的调节可改变气孔储存和释放的气压，进而影响印章/器件界面的内外气压差，进而影响印章/器件界面粘附力；基于此，该方法制得的印章适用范围广，粘度可调节范围宽，粘附力强，在转移微小器件的过程中，可以实现将器件精准并行地转移到衬底上。

技术特征：

1.一种仿植物叶片气孔结构的弹性印章，其特征在于，所述弹性印章为双层结构，包括基板(2)和位于基板(2)上表面的聚合物薄膜层(1)；

2.如权利要求1所述的一种仿植物叶片气孔结构的弹性印章，其特征在于，所述聚合物薄膜层(1)具体为聚二甲基硅氧烷。

3.一种如权利要求2所述的仿植物叶片气孔结构的弹性印章的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

4.根据权利要求3所述的仿植物叶片气孔结构的弹性印章的制备方法，其特征在于，步骤s1中所述基板(2)在使用前经水虎鱼溶液清洗；所述的水虎鱼溶液为重量比为3:1的浓硫酸和过氧化氢的混合溶液。

5.根据权利要求3所述的仿植物叶片气孔结构的弹性印章的制备方法，其特征在于，步骤s1中所述正性光刻胶为azp 4620光刻胶。

6.根据权利要求3所述的仿植物叶片气孔结构的弹性印章的制备方法，其特征在于，步骤s2中聚二甲基硅氧烷的预聚液为重量比10:1的聚二甲基硅氧烷的预聚物和固化剂的混合液；所述固化剂为乙烯基交联剂和铂催化剂组成的混合物。

7.根据权利要求3所述的仿植物叶片气孔结构的弹性印章的制备方法，其特征在于，经过步骤s2形成的聚合物薄膜层(1)的厚度应低于所述半球形光刻胶凸点(5)阵列的最高高度。

8.一种如权利要求1所述的仿植物气孔结构弹性印章的器件转移方法，其特征在于，具体步骤如下：

9.根据权利要求8所述使用仿植物气孔结构弹性印章的器件转移方法，其特征在于，所述空气加热的方式为激光照射加热。

技术总结
本发明公开了一种仿植物叶片气孔结构的弹性印章及其制备方法与应用，属于转移印刷技术领域。该弹性印章的结构由基板和位于基板上表面的聚合物薄膜层构成，所述聚合物薄膜层带有半球形微空腔的气孔，通过控制气孔内的气压实现器件的转移；所述器件的转移方法为：拾取器件时，将弹性印章贴合到器件表面，对弹性印章气孔内的空气进行加热，使气孔的半球形微空腔内空气排出，气压随之下降并与大气压形成负压，弹性印章/器件界面处于粘附状态，器件被拾取；释放器件时，对弹性印章的气孔内的空气进行加热，使气孔的半球形微空腔内气压增大并大于大气压力形成正压，弹性印章/器件界面处于脱粘状态，器件被释放。

技术研发人员：孙捷,林畅,郎太福,黃欣蕊,刘倩,吴鑫,黄忠航,杨天溪,郑培泉,严群,郭太良
受保护的技术使用者：闽都创新实验室
技术研发日：
技术公布日：2025/3/31