论文部分内容阅读
在纳米材料研究领域中，科学家们一直致力于开发能够精确控制纳米微结构尺寸、形态、组成的制备方法。非浸润模板微印制技术（PRINT, particle replication innon-wetting templates）以不亲水不亲油的含氟材料为模板，预先根据所需微结构的尺寸、形态设计制作模板，利用模板的空间局限作用，压印制备特定尺寸、形态、取向、排布的聚合物和无机材料微粒。PRINT技术的工艺流程包括三个步骤：硬模板的制备、软模板的制备、微粒印制。首先，通过现代光刻技术制备硅片硬模板，模板上刻有与印制粒子尺寸和形态相应的凹凸图案；其次，将含氟聚合物的液态前驱体涂敷在硬模板上，待其交联固化后脱模，得到与硬模板图案具有对应关系的软模板；最后，将目标材料的液态前驱体涂敷在光滑基片上，以软模板为印章进行压印，利用含氟材料的低表面能的特点，将多余液体通过挤压排出，待留在空腔内的液体固化后脱模，即可得到设计所需要的单分散的具有特定尺寸的纳米微粒。本论文主要围绕PRINT技术中的含氟软模板材料和印制粒子的工艺展开了研究。首先，以两端为羟基的全氟聚醚（Fluorolink D10-H，1500g/mol）为原料，以氰基甲基丙烯酸乙酯为封端剂、六亚甲基二异氰酸酯为扩链剂，成功合成了具有不同分子量、末端为双键的PFPE-DMA、PFPE-HDMI-DMA（2:1）、PFPE-HDMI-DMA（3:2）三种含氟预聚物。1H-NMR、19F-NMR、IR等手段表明预聚物的化学结构与理论预期相吻合，副产物和杂质较少。DSC测试表明，三种预聚物在室温附近以无定形状态存在，在30℃附近的粘度随其分子量的增加而增大其次，研究了软模板的固化工艺，考查了预聚物的分子量对固化膜性能的影响。表面接触角测试表明，三种具有不同预聚物分子量的固化膜的表面接触角相差不大，都具有既疏水又疏油的特性，容易脱模。拉伸试验表明，随着预聚物分子量的提高，软模板模的断裂伸长率提高，而拉伸强度和模量下降，特别是扩链后的PFPE-HDMI-DMA （2:1）和PFPE-HDMI-DMA（3:2）膜展现出较好的柔韧性，是潜在的良好的软模板材料。再次，采用现代光刻工艺，在4英寸硅片上成功制造了含有六种不同尺寸和形态微粒图案的硬模板。硬模板的微粒图案形貌特征明显，线条无缺陷，分辨率较高，但截面尺寸比设计尺寸略小。软模板在图案复制过程中，基本保留了原始硬模板图案的形貌，同一区域的软模板的粒子尺寸大小基本一致，但其三维尺寸要比硬模板有较大下降。这可能与软模板从硬模板上脱离后链段发生卷曲、内应力得以释放有关。最后，以PLA为原料，以PFPE-HMDI-DMA（3:2）为软模板，研究了PRINT技术压印粒子的工艺条件，成功得到了多种形态的单分散微粒。光学显微镜和激光共聚焦显微镜测试表明，在合适工艺条件下制备得到的粒子，形态良好、尺寸均一，表明该技术具备潜在应用价值。