專利名稱：納米級微孔模具的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微孔模具的制造方法，尤其涉及一種納米級微孔模具的 制造方法。
背景技術(shù)：
隨著量子物理和量子化學(xué)的完善以及世界納米技術(shù)的研究和進(jìn)步，構(gòu)造 物質(zhì)的基本模塊可以達(dá)到單個原子的水平，原子可以按照一定的路徑組裝成 納米級的材料，這種類型的制造稱為納米制造?，F(xiàn)今模具制造向大型和超精微加工兩方面發(fā)展在大型加工方面，例如制造汽車、飛機(jī)用大型整體壁板 的扁擠壓模具，已經(jīng)形成比較成熟的制造工藝；而在超精微加工方面，納米 產(chǎn)品需求成幾何級上升，如何應(yīng)用先進(jìn)的納米制造技術(shù)于模具制造，使得超 精微加工形成產(chǎn)業(yè)化并與全球模具先進(jìn)技術(shù)同步是模具行業(yè)的發(fā)展趨勢。理論上，納米技術(shù)可廣泛應(yīng)用于加工方面。目前已經(jīng)提出基于納米組裝 的納米加工方式，以實現(xiàn)納米產(chǎn)品自動化、產(chǎn)業(yè)化。這種加工方式設(shè)想按照 產(chǎn)品的形狀進(jìn)行分子排列，從而實現(xiàn)無模生產(chǎn)方式。然而，該方法實際上并 不可行，因為目前對分子的排列采用的主要是掃描隧道顯微鏡(Scanning Tunnelling Microscopy, STM)或原子力顯微鏡(Atomic Force Microscopy, AFM)，其操作精細(xì)，成本太高，難以實現(xiàn)大規(guī)模制造納米產(chǎn)品。因此，確有必要提供一種適用于大規(guī)模制造納米產(chǎn)品的納米級微孔模具 的制造方法。發(fā)明內(nèi)容以下，將以若干實施例說明 一種適用于大規(guī)模制造納米產(chǎn)品的納米級微 孔模具的制造方法。一種納米級微孔模具的制造方法，其包括以下步驟提供多個碳納米管； 在所述多個碳納米管至少一末端形成一保護(hù)層；向所述形成有保護(hù)層的碳納 米管中注入基體溶液或熔融液，并使其固化；除去保護(hù)層，形成碳納米管和
基體的復(fù)合結(jié)構(gòu)；以及去除碳納米管，形成納米級微孔模具。
該多個碳納米管為采用化學(xué)氣相沉積法、等離子輔助化學(xué)氣相沉積法或 等離子輔助熱絲化學(xué)氣相沉積法制得的碳納米管陣列。 該碳納米管陣列形成于 一襯底上。
該保護(hù)層的形成進(jìn)一步包括以下步驟提供一形成有壓敏膠層的承載基 底；將形成有壓敏膠層的一面壓在碳納米管陣列遠(yuǎn)離襯底的末端形成一保護(hù) 層，而碳納米管陣列的襯底本身作為另一保護(hù)層。
該保護(hù)層的形成進(jìn)一步包括以下步驟提供一形成有壓敏膠層的承載基 底；將形成有壓敏膠層的一面壓在碳納米管陣列遠(yuǎn)離襯底的末端形成一保護(hù) 層；將襯底揭去；提供另一形成有壓敏膠層的承載基底，并將該另一壓敏膠 層壓在碳納米管陣列揭去襯底的 一端形成另 一保護(hù)層。
該承栽基底為一聚酯片。
該保護(hù)層的厚度為0.05毫米。
在向所述形成有保護(hù)層的碳納米管中注入基體溶液或熔融液前，進(jìn)一步 包括一預(yù)先抽真空的步驟。
所述保護(hù)層的去除方法包括以下步驟揭去承栽基底，用二曱苯、乙酸 乙脂或石油醚溶解去除壓敏膠。
所述碳納米管可采用強(qiáng)酸性或強(qiáng)氧化性的溶劑腐蝕去除，形成納米級微
孔模具。
所述碳納米管的去除進(jìn)一步包括以下步驟采用質(zhì)量百分比濃度比為 3:1的濃石充酸與濃硝酸的混合溶液，在環(huán)境溫度60攝氏度時回流于上述碳納 米管和基體的復(fù)合結(jié)構(gòu)約30分鐘至2小時，利用強(qiáng)酸溶劑的腐蝕作用去除 碳納米管。
該基體材料為聚四氟乙烯、硅橡膠、聚酯、聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚乙 晞、聚丙烯、環(huán)氧樹脂、聚碳酸酯、聚曱醛或聚縮醛。
相較于現(xiàn)有技術(shù)，所述的納米級微孔模具的制造方法制程簡單，操作容 易，成本低，易于大規(guī)模實際應(yīng)用。


圖1為本發(fā)明實施例納米級微孔模具的制造方法的流程示意圖。
圖2為本發(fā)明實施例納米級微孔模具的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3為本發(fā)明實施例納米級微孔模具的應(yīng)用示意圖。
具體實施例方式
下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一 步的詳細(xì)說明。
請參閱圖1，本發(fā)明實施例納米級微孔模具10的制造方法主要包括以 下幾個步驟
(一) 提供多個碳納米管14。
本實施例中多個碳納米管14可選擇為多壁或單壁碳納米管陣列，其可 采用化學(xué)氣相沉積法、等離子輔助化學(xué)氣相沉積法或等離子輔助熱絲化學(xué)氣 相沉積法制得，因而，多個碳納米管14通常形成于襯底12上，且該襯底12 可輕易揭掉，而不影響碳納米管的陣列性。
本實施例碳納米管陣列生長方法包括首先在一硅襯底12表面涂覆一 約5納米厚度的金屬鐵催化劑層；在300。C溫度下在空氣中進(jìn)行熱處理；然 后在700C溫度下，在硅襯底12上化學(xué)氣相沉積生長碳納米管陣列，該陣列 中碳納米管14的直徑范圍為1 100納米。
(二) 在所述碳納米管14至少一末端形成一保護(hù)層16。 首先在一承載基底162上均勻涂抹一層壓敏膠164;然后將壓敏膠164
壓在遠(yuǎn)離硅襯底12的多個碳納米管14末端，即形成一端覆蓋有保護(hù)層16(包 括承載基底162和壓敏膠164)的碳納米管14,此時，硅襯底12本身可作為 碳納米管14的另一保護(hù)層。另外，本實施例中也可在碳納米管14兩端均形 成保護(hù)層16，具體地，可進(jìn)一步將硅襯底12揭掉之后，再重復(fù)上述步驟， 使硅襯底12揭掉后露出的碳納米管14的末端也覆蓋保護(hù)層16,該保護(hù)層 16同樣包括壓敏膠164和承載基底162,從而形成兩末端分別覆蓋保護(hù)層16 的碳納米管14。本實施例中，上述承載基底162可采用聚酯片，壓敏膠164 可采用由撫順輕工業(yè)所生產(chǎn)的YM881型壓敏膠。另外，本實施例中保護(hù)層 16厚度優(yōu)選為0.05毫米。
(三) 在所述形成有保護(hù)層16的多個碳納米管14間注入基體18溶液 或熔融液，并使其固化。
將經(jīng)過步驟(二 )處理的碳納米管14浸入基體18溶液或熔融液中，或
將基體溶液或基體熔融液注入兩端形成有保護(hù)層16的碳納米管14中，然后 將其在真空下固化或凝固24小時，獲得注有基體18的碳納米管14。其中， 基體18選擇為能耐強(qiáng)酸腐蝕的高分子化合物，具體可選自聚四氟乙烯、硅 橡膠、聚酯、聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯、聚丙烯、環(huán)氧樹脂、聚碳酸酯、 聚甲醛、聚縮醛等高分子材料。本實施例中優(yōu)選為聚四氟乙烯。
另外，本實施例步驟(三)可進(jìn)一步包括一預(yù)先抽真空的步驟，可通過 預(yù)先將該形成有保護(hù)層16的多個碳納米管14做抽真空處理約30分鐘，以 排出多個碳納米管14間的空氣，有利于基體18溶液或熔融液注入。
(四) 除去保護(hù)層16。
保護(hù)層16中的承載基底162可直接揭去，然后壓敏膠164可以溶解去 除，如采用二曱笨、乙酸乙脂或石油醚溶解。另外，本實施例中以生長碳納 米管14的硅襯底12作為的保護(hù)層可直接揭去。此時，露出基體18的第一 表面182和與其相對的第二表面184，而且原來被保護(hù)層16所覆蓋的碳納米 管14的兩末端也露出，并分別伸出基體18的兩表面182、 184。因而，除去 保護(hù)層16后所形成的是兩末端露出基體18表面的碳納米管14和基體18的 復(fù)合結(jié)構(gòu)。
(五) 腐蝕去掉上述復(fù)合結(jié)構(gòu)中的碳納米管14。
本實施例采用強(qiáng)酸性或強(qiáng)氧化性的溶劑腐蝕去除上述復(fù)合結(jié)構(gòu)中的碳 納米管14。優(yōu)選地，本實施例采用質(zhì)量百分比濃度比為3:1的濃石克酸與濃硝 酸的混合溶液，在環(huán)境溫度60攝氏度時回流于上述碳納米管14和基體18 的復(fù)合結(jié)構(gòu)約30分鐘至2小時，利用強(qiáng)酸溶劑的腐蝕作用去除復(fù)合結(jié)構(gòu)中 的碳納米管14。腐蝕掉碳納米管以后，具有耐強(qiáng)酸腐蝕的基體18留下來形 成一納米級微孔模具10。
請參閱圖2，本發(fā)明實施例制造的納米級微孔模具10，包括一基體18， 該基體18為一薄膜，其進(jìn)一步包括一第一表面182及與第一表面182相對 的第二表面184。該基體18內(nèi)分布有多個相互平行排布的納米級的通孔186。 該多個通孔186基本垂直于基體18的第一表面182及第二表面184,且沿第 一表面182向第二表面184延伸貫穿整個基體18。本實施例中，該通孔186 的孔洞半徑為10~100納米，通孔186之間的間距為20 200納米，該納米級 微孔模具10的厚度為0.1 1毫米。
請參閱圖3，為本實施例制造的納米級微孔模具10的應(yīng)用示意圖。本 實施例的納米級微孔模具10可用于制造其他材料的納米級陣列。首先，在上述納米級微孔模具10中填充一待形成納米級陣列的材料， 本實施例以金為例。其次，去除上述納米級微孔模具10,即形成該材料的納米級的陣列20。本實施例中，該納米級微孔模具IO為高分子材料，可通過化學(xué)腐蝕、 高溫煅燒等方法去除該納米級微孔模具10,形成納米級的金陣列20。另外，本實施例納米級微孔模具IO還可應(yīng)用于壓印技術(shù)，在材料表面 形成納米級的表面凸起結(jié)構(gòu)。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本實施例納米級微孔模具的制造方法由于使用了碳納 米管陣列來作為母板，碳納米管的高定向性得到了保留，并且通過控制碳納 米管催化劑的排列，可以得到不同排列規(guī)則的孔洞，達(dá)到精確控制孔洞位置 的目的，提高了模具的有序性和可控制性。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可在本發(fā)明精神內(nèi)做其他變化，當(dāng)然，這些依 據(jù)本發(fā)明精神所做的變化，都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種納米級微孔模具的制造方法，其包括以下步驟提供多個碳納米管；在所述多個碳納米管至少一末端形成一保護(hù)層；向所述形成有保護(hù)層的碳納米管中注入基體溶液或熔融液，并使其固化；除去保護(hù)層，形成碳納米管和基體的復(fù)合結(jié)構(gòu)；以及去除碳納米管，形成納米級微孔模具。
2. 如權(quán)利要求l所述的納米級微孔模具的制造方法，其特征在于，該多個碳 納米管為采用化學(xué)氣相沉積法、等離子輔助化學(xué)氣相沉積法或等離子輔助 熱絲化學(xué)氣相沉積法制得的碳納米管陣列。
3. 如權(quán)利要求2所述的納米級微孔模具的制造方法，其特征在于，該碳納米 管陣列形成于一襯底上。
4. 如權(quán)利要求3所述的納米級微孔模具的制造方法，其特征在于，該保護(hù)層 的形成進(jìn)一步包括以下步驟提供一形成有壓敏膠層的承載基底；將形成 有壓敏膠層的一面壓在碳納米管陣列遠(yuǎn)離襯底的末端形成一保護(hù)層，而碳 納米管陣列的襯底本身作為另 一 保護(hù)層。
5. 如權(quán)利要求3所述的納米級微孔模具的制造方法，其特征在于，該保護(hù)層 的形成進(jìn)一步包括以下步驟提供一形成有壓敏膠層的承載基底；將形成 有壓敏膠層的一面壓在碳納米管陣列遠(yuǎn)離襯底的末端形成一保護(hù)層；將襯 底揭去；提供另一形成有壓敏膠層的承載基底，并將該另一壓敏膠層壓在 碳納米管陣列揭去襯底的 一 端形成另 一 保護(hù)層。
6. 如權(quán)利要求4或5所述的納米級微孔模具的制造方法，其特征在于，該承載 基底為一聚酯片。
7. 如權(quán)利要求l所述的納米級微孔模具的制造方法，其特征在于，該保護(hù)層 的厚度為0.05毫米。
8. 如權(quán)利要求l所述的納米級微孔模具的制造方法，其特征在于，在向所述 形成有保護(hù)層的碳納米管中注入基體溶液或熔融液前，進(jìn)一步包括一預(yù)先 抽真空的步驟。
9. 如權(quán)利要求4或5所述的納米級微孔模具的制造方法，其特征在于，所述保 護(hù)層的去除方法包括以下步驟揭去承載基底，用二曱苯、乙酸乙脂或石 油醚溶解去除壓敏膠。
10. 如權(quán)利要求l所述的納米級微孔模具的制造方法，其特征在于，所述碳納 米管可采用強(qiáng)酸性或強(qiáng)氧化性的溶劑腐蝕去除，形成納米級微孔模具。
11. 如權(quán)利要求10所述的納米級微孔模具的制造方法，其特征在于，所述碳納米管的去除進(jìn)一步包括以下步驟采用質(zhì)量百分比濃度比為3:1的濃硫 酸與濃硝酸的混合溶液，在環(huán)境溫度60攝氏度時回流于上述碳納米管和基 體的復(fù)合結(jié)構(gòu)約30分鐘至2小時，利用強(qiáng)酸溶劑的腐蝕作用去除碳納米管。
12. 如權(quán)利要求l所述的納米級微孔模具的制造方法，其特征在于，該基體材 料為聚四氟乙烯、硅橡膠、聚酯、聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯、聚丙烯、環(huán)氧樹脂、聚碳酸酯、聚曱醛或聚縮醛。
全文摘要
一種納米級微孔模具的制造方法，其包括以下步驟提供多個碳納米管；在所述多個碳納米管至少一末端形成一保護(hù)層；向所述形成有保護(hù)層的碳納米管中注入基體溶液或熔融液，并使其固化；除去保護(hù)層，形成碳納米管和基體的復(fù)合結(jié)構(gòu)；以及去除碳納米管，形成納米級微孔模具。
文檔編號B82B3/00GK101148246SQ20061006272
公開日2008年3月26日 申請日期2006年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月22日
發(fā)明者劉長洪, 宋鵬程, 鼎 王, 范守善 申請人:清華大學(xué);鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司