專利名稱：一種基于高分子材料的微結構的制備方法
一種基于高分子材料的微結構的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及超材料領域，尤其涉及基于高分子材料的微結構的制備方法。背景技術：
超材料是一種以人造結果為基本單元、并以特定方式進行空間排布的具有自然界材料所不具有的、特殊物理化學性質的新型材料，它的特殊性質不是由其材料本身的化學組成，而是由其人造結構的特征所決定的。超材料的特殊性質在很大程度上取決于材料的關鍵物理尺度，例如晶體在原子尺度上是排列有序的，正因為如此，晶體材料擁有一些無定型態(tài)所不具有的物理特征，由此類比，在其它層次上的有序排列則可能獲得一定程度的自然界中的材料所不具有的物理性質。通常人造結構的尺寸為所需響應波長的十分之一，否則這些人造結構所組成的排列在空間中不能被視為連續(xù)。超材料包括人造結構以及人造結構所附著的材料，該附著材料對人造結構起到支撐作用，因此可以是任何與人造結構不同的材料，這兩種材料的疊加會在空間中產(chǎn)生一個等效介電常數(shù)與磁導率，而這兩個物理參數(shù)分別對應了材料的電場響應與磁場響應。目前超材料的制備主要通過光蝕刻、電化學沉積等技術在基底材料上鍍上有特定重復圖案的銅層來實現(xiàn)；基底材料一般為硬質的FR-4，銅層重復圖案為開口諧振環(huán)或者傳輸結構，使得基底材料的選材范圍有一定的。

發(fā)明內容本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種基于高分子材料的微結構的制備方法，利用電子束輻照引發(fā)自由基接枝聚合反應，可以在多種材料基板上制備出高分子層的超材料微結構。本發(fā)明解決技術問題所采用的技術方案為一種基于高分子材料的微結構的制備方法，其特征在于所述的制備方法包括以下步驟a、在真空或惰性氣體環(huán)境下，將具有鏤空區(qū)的遮掩板覆蓋住基板，然后進行電子束輻照，電子束通過鏤空區(qū)轟擊所述基板相應區(qū)域的材料分子，產(chǎn)生自由基；b、輻照結束后，將基板浸入到自由基穩(wěn)定劑溶液中處理，處理后清洗并干燥基板， 使得處理后的基板帶有穩(wěn)定自由基；C、將帶有穩(wěn)定自由基的基板浸入裝有單體溶液的反應釜中，在惰性氣體和在所述的單體溶液的聚合溫度的條件下充分攪拌進行接枝聚合反應；d、完成接枝聚合反應后取出基板，清洗并干燥基板。所述的接枝聚合反應的接枝程度由相應的時間來控制從而控制高分子材料的厚度。所述的接枝程度跟時間成線性關系。所述的步驟a中的遮掩板為鋁制或鉛制遮掩板，所述的遮掩板的鏤空區(qū)采用的是機械或激光鉆孔的技術制作出納米尺寸的微結構鏤空區(qū)。所述的步驟b中自由基穩(wěn)定劑為TEMPO溶液。所述的TEMPO溶液的濃度為0. 19-0. 31mol/L。所述的TEMPO溶液的濃度優(yōu)選為0. 21-0. 28mol/L0所述的基板的材質為硬質的或柔性的板材或薄膜。所述的步驟c中的單體為含有雙鍵的化合物。所述的惰性氣體為氬氣或氦氣。本發(fā)明的有益效果為利用電子束輻照引發(fā)自由基接枝聚合反應，使得微結構采用高分子材料構成，同時可以選擇特定的單體來得到具有特殊電學或者生物性能的高分子；由于沒有光刻技術對基板厚度和硬度的要求使得基板的選材范圍變寬了，可以選擇柔性材質的基板，從而可以在多種材料基板上制備出高分子層的超材料微結構。
具體實施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。一種基于高分子材料的微結構的制備方法，所述的制備方法包括以下步驟a、在真空或惰性氣體環(huán)境下，將具有鏤空區(qū)的遮掩板覆蓋住基板，然后進行電子束輻照，電子束通過鏤空區(qū)轟擊所述基板相應區(qū)域的材料分子，產(chǎn)生自由基；利用的是電子束輻照引發(fā)自由基接枝聚合的反應，由于沒有了光刻技術對基板厚度和硬度的要求，所以所述的基板的材質可以為硬質的或柔性的板材或薄膜，例如PP、 PTFE、PE、PVDF 等等；b、輻照結束后，將基板浸入到自由基穩(wěn)定劑溶液中處理，處理后清洗并干燥基板， 使得處理后的基板帶有穩(wěn)定自由基；在本實施例中所述的自由基穩(wěn)定劑優(yōu)選為TEMPO溶液，TEMPO溶液的濃度為 0. 19-0. 31mol/L，優(yōu)選為 0. 21-0. 28mol/L ；C、將帶有穩(wěn)定自由基的基板浸入裝有單體溶液的封閉的反應釜中，在惰性氣體和在此所述的單體溶液的聚合溫度的條件下充分攪拌進行接枝聚合反應；只要是含有雙鍵的化合物都可以作為單體，例如苯乙烯、丙烯酸等；而所述的惰性氣體優(yōu)選為氬氣或氦氣；所述的接枝聚合反應的接枝程度由相應的時間控制，并且接枝程度跟時間成線性關系，從而來控制高分子材料的厚度；d、完成接枝聚合反應后取出基板，清洗并干燥基板。所述的步驟a中的遮掩板為鋁制或鉛制遮掩板，所述的遮掩板的鏤空區(qū)采用的是機械或激光鉆孔的技術制作出納米尺寸的微結構鏤空區(qū)。實施例一一種基于高分子材料的微結構的制備方法，所述的制備方法為a、在真空或惰性氣體環(huán)境下，將具有鏤空區(qū)的鋁制遮掩板覆蓋住材質為PVDF的基板，然后進行電子束輻照，電子束通過鏤空區(qū)轟擊所述基板相應區(qū)域的材料分子，產(chǎn)生自由基；b、輻照結束后，將基板浸入到自由基穩(wěn)定劑為TEMPO溶液中處理，所述的TEMPO溶液的濃度為0. 25mol/L,處理后清洗并干燥基板，使得處理后的基板帶有穩(wěn)定自由基；C、將帶有穩(wěn)定自由基的基板浸入裝有苯乙烯溶液的封閉的反應釜中，在惰性氣體為氬氣、溫度為80攝氏度的聚合溫度的條件下充分攪拌進行接枝聚合反應；可以由時間控制接枝反應的接枝程度，從而來控制高分子材料的厚度；d、完成接枝聚合反應后取出基板，清洗并干燥基板。采用本實施例基于高分子材料的微結構的制備方法，利用電子束輻照引發(fā)自由基接枝聚合反應，使得微結構可以采用高分子材料構成；并且由于沒有光刻技術對基板厚度和硬度的要求使得基板可以選擇硬質材料也可以選擇柔性材料，從而可以在多種材料基板上制備出高分子層的超材料微結構。實施例二 實施例二相對于實施例一不同點在于單體溶液為苯乙烯的溶液可以進行磺化，可以使得制備的基板具有特殊的電學性能；配置0. 5mol/L的氯磺酸溶液，將已接枝聚苯乙烯的基板浸入氯磺酸溶液中磺化2小時，經(jīng)過清洗和干燥之后即可得到具有電學性能的成
品。
實施例三基于高分子材料的微結構的制備方法，所述的制備方法為a、在真空或惰性氣體環(huán)境下，將具有鏤空區(qū)的鋁制遮掩板覆蓋住材質為PVDF的基板，然后進行電子束輻照，電子束通過鏤空區(qū)轟擊所述基板相應區(qū)域的材料分子，產(chǎn)生自
由基；b、輻照結束后，將基板浸入到自由基穩(wěn)定劑為TEMPO溶液中處理，所述的TEMPO溶液的濃度為0. 24mol/L,處理后清洗并干燥基板，使得處理后的基板帶有穩(wěn)定自由基；C、將帶有穩(wěn)定自由基的基板浸入裝有丙烯酸溶液的封閉的反應釜中，在惰性氣體為氬氣、溫度為80攝氏度的聚合溫度的條件下充分攪拌進行接枝聚合反應；可以由時間控制接枝反應的接枝程度，從而來控制高分子材料的厚度；d、完成接枝聚合反應后取出基板，清洗并干燥基板。采用本實施例基于高分子材料的微結構的制備方法，利用電子束輻照引發(fā)自由基接枝聚合反應，使得微結構可以采用高分子材料構成；并且由于沒有光刻技術對基板厚度和硬度的要求使得基板可以選擇硬質材料也可以選擇柔性材料，從而可以在多種材料基板上制備出高分子層的超材料微結構。實施例四實施例四相對于實施例一和三的不同點在于所用的基板為PE材質的基板；基于高分子材料的微結構的制備方法，所述的制備方法為a、在真空或惰性氣體環(huán)境下，將具有鏤空區(qū)的鋁制遮掩板覆蓋住材質為PE的基板，然后進行電子束輻照，電子束通過鏤空區(qū)轟擊所述基板相應區(qū)域的材料分子，產(chǎn)生自由基；b、輻照結束后，將基板浸入到自由基穩(wěn)定劑為TEMPO溶液中處理，所述的TEMPO溶液的濃度為0. 25mol/L,處理后清洗并干燥基板，使得處理后的基板帶有穩(wěn)定自由基；
C、將帶有穩(wěn)定自由基的基板浸入裝有苯乙烯溶液的封閉的反應釜中，在惰性氣體為氬氣、溫度為70攝氏度的聚合溫度的條件下充分攪拌進行接枝聚合反應；可以由時間控制接枝反應的接枝程度，從而來控制高分子材料的厚度；d、完成接枝聚合反應后取出基板，清洗并干燥基板。采用本實施例基于高分子材料的微結構的制備方法，利用電子束輻照引發(fā)自由基接枝聚合反應，使得微結構可以采用高分子材料構成；并且由于沒有光刻技術對基板厚度和硬度的要求使得基板可以選擇硬質材料也可以選擇柔性材料，從而可以在多種材料基板上制備出高分子層的超材料微結構。由于單體采用的是苯乙烯，所以可以進行磺化反應，使得制備的基板具有特殊的電學性能；配置0. 5mol/L的氯磺酸溶液，將已接枝聚苯乙烯的基板浸入氯磺酸溶液中磺化 2小時，經(jīng)過清洗和干燥之后即可得到具有電學性能的成品。實施例五實施例五相對于實施例四的不同點在于單體采用的是丙烯酸；基于高分子材料的微結構的制備方法，所述的制備方法為a、在真空或惰性氣體環(huán)境下，將具有鏤空區(qū)的鋁制遮掩板覆蓋住材質為PE的基板，然后進行電子束輻照，電子束通過鏤空區(qū)轟擊所述基板相應區(qū)域的材料分子，產(chǎn)生自由基；b、輻照結束后，將基板浸入到自由基穩(wěn)定劑為TEMPO溶液中處理，所述的TEMPO溶液的濃度為0. 24mol/L,處理后清洗并干燥基板，使得處理后的基板帶有穩(wěn)定自由基；C、將帶有穩(wěn)定自由基的基板浸入裝有丙烯酸溶液的封閉的反應釜中，在惰性氣體為氬氣、溫度為70攝氏度的聚合溫度的條件下充分攪拌進行接枝聚合反應；可以由時間控制接枝反應的接枝程度，從而來控制高分子材料的厚度；d、完成接枝聚合反應后取出基板，清洗并干燥基板。采用本實施例基于高分子材料的微結構的制備方法，利用電子束輻照引發(fā)自由基接枝聚合反應，使得微結構可以采用高分子材料構成；并且由于沒有光刻技術對基板厚度和硬度的要求使得基板可以選擇硬質材料也可以選擇柔性材料，從而可以在多種材料基板上制備出高分子層的超材料微結構。應當理解，以上實施例中，采用的單體能進行磺化反應的可以得到具有特殊電學性能的高分子；不能進行磺化反應的但選定特定的單體也可以得到具有生物性能的高分子。在上述實施例中，僅對本發(fā)明進行了示范性描述，但是本領域技術人員在閱讀本專利申請后可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下對本發(fā)明進行各種修改。
權利要求
1.一種基于高分子材料的微結構的制備方法，其特征在于所述的制備方法包括以下步驟a、在真空或惰性氣體環(huán)境下，將具有鏤空區(qū)的遮掩板覆蓋住基板，然后進行電子束輻照，電子束通過鏤空區(qū)轟擊所述基板相應區(qū)域的材料分子，產(chǎn)生自由基；b、輻照結束后，將基板浸入到自由基穩(wěn)定劑溶液中處理，處理后清洗并干燥基板，使得處理后的基板帶有穩(wěn)定自由基；C、將帶有穩(wěn)定自由基的基板浸入裝有單體溶液的反應釜中，在惰性氣體和在所述的單體溶液的聚合溫度的條件下充分攪拌進行接枝聚合反應；d、完成接枝聚合反應后取出基板，清洗并干燥基板。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于高分子材料的微結構的制備方法，其特征在于所述的接枝聚合反應的接枝程度由相應的時間來控制從而控制高分子材料的厚度。
3.根據(jù)權利要求2所述的基于高分子材料的微結構的制備方法，其特征在于所述的接枝程度跟時間成線性關系。
4.根據(jù)權利要求1所述的基于高分子材料的微結構的制備方法，其特征在于所述的步驟a中的遮掩板為鋁制或鉛制遮掩板，所述的遮掩板的鏤空區(qū)采用的是機械或激光鉆孔的技術制作出納米尺寸的微結構鏤空區(qū)。
5.根據(jù)權利要求1所述的基于高分子材料的微結構的制備方法，其特征在于所述的步驟b中自由基穩(wěn)定劑為TEMPO溶液。
6.根據(jù)權利要求5所述的基于高分子材料的微結構的制備方法，其特征在于所述的 TEMPO 溶液的濃度為 0. 19-0. 31mol/L。
7.根據(jù)權利要求6所述的基于高分子材料的微結構的制備方法，其特征在于所述的 TEMPO溶液的濃度優(yōu)選為0. 21-0. 28mol/L0
8.根據(jù)權利要求1所述的基于高分子材料的微結構的制備方法，其特征在于所述的基板的材質為硬質的或柔性的板材或薄膜。
9.根據(jù)權利要求1所述的基于高分子材料的微結構的制備方法，其特征在于所述的步驟c中的單體為含有雙鍵的化合物。
10.根據(jù)權利要求1所述的基于高分子材料的微結構的制備方法，其特征在于所述的惰性氣體為氬氣或氦氣。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于高分子材料的微結構的制備方法，利用電子束輻照引發(fā)自由基接枝聚合反應，使得微結構采用高分子材料構成，同時可以選擇特定的單體來得到具有特殊電學或者生物性能的高分子；由于沒有光刻技術對基板厚度和硬度的要求使得基板的選材范圍變寬了，可以選擇柔性材質的基板，從而可以在多種材料基板上制備出高分子層的超材料微結構。
文檔編號C08J7/18GK102477163SQ20111021668
公開日2012年5月30日 申請日期2011年7月29日 優(yōu)先權日2011年7月29日
發(fā)明者何雪涵, 劉若鵬, 法布里齊亞, 趙治亞 申請人:深圳光啟創(chuàng)新技術有限公司, 深圳光啟高等理工研究院