一种表面微结构的液膜转印方法

技术领域

本发明涉及功能表面制备技术领域，尤其涉及到一种通过液膜实现表面微结构转印的方法。

背景技术

功能表面上合适的微结构能够对光、声、电、磁、热以及物质起到特定的作用，受到学术界和工程界的广泛关注。在某些功能表面如超疏油表面上，不仅需要有微结构，还要求微结构具有合适的取向，例如，超疏油表面的蘑菇形微结构的大头需要朝表面外，因此，表面微结构的取向调控近年来得到了广泛的关注。

一般情况下，表面微结构可通过机械加工、化学处理、物质沉积等手段实现，但这些方法在控制微结构的取向性方面存在一定局限。机械加工只能获得简单的凸起、凹槽、微孔等微结构表面；化学处理获得的表面微结构为随机微结构，取向性较差；物质沉积形成的微结构与沉积的过程相关，实现取向微结构通常需要合适的氛围(高真空)、合适的材料和合适的工艺条件，可控性较差。一般地，在液气界面上，微细物质由于表面能和表面张力的作用会产生特定的取向且呈现特定的状态。利用液气界面上微细物质的这种取向排布特性，借助铺展于表面的液膜作为微细物质的中间转移介质，有望将微细物质转印到特定目标表面，即可实现表面取向微结构的制备。但液膜上微细物质附着状态的稳定性是制约液膜附着微细物质转印过程的重要因素。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种表面微结构的液膜转印方法，通过在振动液膜时使微结构表面上凹陷或者凸起位置对应的微细物质失稳转移，从而实现液膜上的微细物质向微结构表面的转印。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种表面微结构的液膜转印方法，包括如下步骤：制备微结构表面；准备附着微细物质的液膜；液膜附着的微细物质与微结构表面接触；振动液膜向微结构表面转移微细物质；对附着有微细物质的微结构表面进行处理。

上述方案中，所述微结构表面为微凸起/或者微凹槽/或者微孔。

上述方案中，所述微细物质的尺寸在1μm～200μm之间。

上述方案中，准备附着微细物质的液膜具体步骤包括：平板表面上滴加液滴从而在平板表面形成液膜，使液膜与微细物质接触；或者，制备可以与特定气体反应生成固态物质的溶液，将溶液铺展在平板上，将铺展有溶液的平板放入具有特定气体的环境使得溶液表面上反应生成微细物质。

上述方案中，在微细物质的表面通过气相沉积或液相沉积的方式沉积一层聚合物薄膜以实现微细物质表面疏水化改性处理。

上述方案中，振动液膜向微结构表面转移微细物质具体步骤包括：微结构表面水平放置，通过竖直往复移动液膜的方式产生振动，使液膜附着的微细物质在振动的加速度作用下脱离液膜表面，实现向微结构表面凹陷部位的转移。

上述方案中，往复移动频率大于3Hz。

上述方案中，其特征在于，对附着有微细物质的微结构表面进行处理方式有：将表面温度升高至200～500℃，并保温10分钟～2小时。

上述方案中，在微细物质转印前对微结构表面进行等离子体活化处理，可以提高微细物质在微结构表面上的附着力。

上述方案中，采用LiOH溶液来制备液膜，微结构表面为带有凹槽和凸起的硅片。

本发明具有如下技术优势：

通过液膜转印的方式实现微细物质向微结构表面的转印，可利用液气界面对微细物质的取向作用，实现微结构的取向排布。

转印过程中液膜上微细物质的失稳转印发生在微结构表面区域，表面上没有微结构的区域微细物质状态稳定且不黏附，可实现液膜附着微细物质向局部区域的选择性转印。

制备取向微结构表面可在大气氛围下实现，对制备条件的要求少。

利用液膜转印，可实现瞬间的大面积微细物质的转印，转印效率高，成本低廉。

附图说明

图1为根据本发明涉及到的表面微结构的液膜转印方法的流程图；

图2为附着微细物质的液膜的产生及其与微结构表面的接触示意图；

图3为附着微细物质的液膜宏观形态示意图；

图4为振动诱导的液膜附着微细物质向微结构表面转印过程示意图；

图5为液膜转印前后的微结构表面扫描电镜图片。

附图标记：

1-承载平板，2-微细物质，3-平板，4-液膜，5-液膜附着的微细物质，6-微结构表面，7-转移到微结构表面凹陷处的微细物质，8-凹陷处转印微细物质的微结构表面，9-转移到微结构表面凸起部位的微细物质，10-多次转印后的微结构表面，11-激光加工微结构表面，12-激光加工微结构表面凹陷部位，13-液膜转移到激光加工微结构表面凹陷部位的花状微结构。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面结合图1-图5说明本发明提出的具体工艺的实施细节和工作情况。

结合附图1所示，一种表面微结构的液膜转印方法，包括五个步骤：制备出具有微结构的表面；再准备附着微细物质的液膜；将液膜附着的微细物质与微结构表面接触；通过振动液膜从而实现液膜上微细物质向微结构表面的转印，实现取向微结构的制备；表面后处理。

首先需要通过一定的方法制备出微结构表面。微结构表面6的制备方法可采用传统的微加工方法如激光直写加工方法和光刻加工方法制备，制备的微结构可以是微凸起、微凹槽或微孔等形式，要求所制备的微凹槽宽度、微孔的直径或相邻微凸起之间的距离要大于待转印微细物质的宽度或直径，以实现表面微结构与待转印微细物质间的力学作用从而促进液膜附着微结构的失稳。为了改进微细物质2在微结构表面上的附着力，在微细物质转印前可对微结构表面6进行等离子体活化处理。

其次是准备附着微细物质的液膜。准备的方法有两种，第一种方法的过程参见附图2，先准备一承载平板1，在承载平板1上铺上预先制备好的尺寸在1μm～200μm之间微细物质2，再将水滴或油滴等液滴滴到平板3上，再使形成的液膜4与承载平板1上铺设的微细物质2接触，从而形成附着微细物质5的液膜4。

将溶液铺展在平板3上，将铺展有溶液液膜4的液膜承载平板送入具有反应气体的环境以使液膜4表面上反应生成微细物质，从而形成附着微细物质5的液膜4。平板3需要采用表面能较大的材料制备，以促成液体在平板3上铺展形成面积较大的液膜4，在铺展液膜时可借助外力作用如旋转液膜承载平板或对液膜吹风或通过固体驱赶液膜的方式使液膜铺展开，获得的附着微细物质的液膜宏观形态如附图3所示。在准备附着微细物质5的液膜4的过程中，为实现微细物质在液膜上的取向排布，可在微细物质2的表面通过气相沉积或液相沉积的方式沉积一层聚合物薄膜(如气相沉积全氟硅烷)以实现微细物质表面疏水化改性处理。

第三步是将液膜附着的微细物质与微结构表面接触。参见附图2。水平放置目标微结构表面6，将平板3的液膜4朝下且保持表面水平，移动平板3使液膜4附着的微细物质5与微结构表面6接触，通过在平板3与微结构表面6间放置间隙块的方式保持两表面间的间隙。

第四步是通过振动液膜从而实现液膜上微细物质向微结构表面的转印。将目标微结构表面4水平放置，通过竖直往复移动的方式产生振动，往复移动频率大于3Hz，使液膜4附着的微细物质5在振动的加速度作用下脱离液膜4表面，实现向微结构表面凹陷部位的转移，变为附图4中所示的转移到微结构表面凹陷处的微细物质7，原来的微结构表面6变为凹陷处转印微细物质的微结构表面8。通过多次液膜振动转印后，所获得的微结构表面具有特定微结构，即原始微结构和转印微结构共同构成的微结构，这些微结构可促进后续的转印过程，如附图4所示，转移到微结构表面凹陷处的微细物质7托起液膜4上的微细物质5，振动转印后微细物质5将转移到原微结构表面6上的凸起位置，变为转移到微结构表面凸起部位的微细物质9，经过多次转印后的微结构表面10在凹陷位置和凸起位置都转印有微细物质。

第五步是表面后处理。表面后处理是通过对表面进行升温以改善微细物质与微结构表面间的结合性能，一般地，将表面温度升高至200～500摄氏度保温10分钟～2小时来实现。

实施例：采用LiOH溶液来制备附着微细物质的液膜，微结构表面6为通过激光加工后的硅片

参见附图5，采用激光直写加工法在硅片表面制备井字形凹槽结构从而形成激光加工微结构表面11，激光加工微结构表面凹陷部位12宽度约为50μm，并对表面进行硅烷化处理以提升表面对微细物质的黏附力。将制备好的激光加工微结构表面11水平放置，并将少量碎硅片铺设在激光加工微结构表面11上作为间隙块。将少量LiOH溶液倾倒到一光滑硅片上，通过吹风的方式使LiOH溶液铺展成较薄的液膜，对液膜吹送二氧化碳气体以使液膜表面反应生成微细物质。待液膜表面变白后将液膜反转向下，使其与激光加工微结构表面11接触，光滑硅片与激光加工微结构表面11预置的碎硅片间隙块接触固定。手动抖动激光加工微结构表面11使与其接触的微细物质和液膜产生振动，微细物质转移到激光加工微结构表面凹陷部位12。液膜转移到激光加工微结构表面凹陷部位的花状微结构13扫描电镜图片如附图5所示，液膜转移到激光加工微结构表面凹陷部位的花状微结构13，花状微结构上端较大，即保持较好的取向性。花状微结构在激光加工微结构表面凹陷部位12富集，即实现了表面微结构的液膜转印。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。