卷对卷紫外微纳压印超疏水薄膜的技术及装置研究

摘要

作为材料领域的研究热点，超疏水材料具有优良的自清洁效应，能有效减少表面各类尘埃、冰雪、颗粒物的粘附，对节水、节能、延长材料使用寿命均有着巨大的现实意义，在建筑、交通、能源、医疗、服装等行业具有广泛的应用前景。为了实现大面积、批量化制备超疏水表面材料，本文开发了一种新型的卷对卷紫外微纳压印技术并研制了相应装置。通过卷对卷微纳压印及快速光固化紫外固化胶将母版上的精细微米图形转移到目标柔性衬底上，无需复杂的制备工艺或苛刻的洁净加工环境，实现超疏水薄膜的快速、高效、批量化制备。文章着重讨论了应用于制备超疏水薄膜的卷对卷紫外微纳压印工艺过程及对应各工艺而设计的机械功能模块，并试制了适合紫外微纳压印的光固化胶。经工艺改进，选用光学性能、力学性能改进的紫外固化胶，转印复制了30μm*30μm*60μm（直径*柱高*间距）大小的微结构阵列，所得微结构薄膜经氟化处理后的水接触角接近150°。最后，尝试使用该装置制备类T型微纳结构阵列以获得疏水性更佳的表面材料。此外，压印模板与转印胶层的脱模过程是卷对卷微纳压印能否成功的关键，论文对脱模条件进行了理论分析。

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附表目录

1．绪论

1．1．研究背景及意义

1．2．超疏水模型及机理

1．2．1．Wenzel模型

1．2．2．Cassie--Baxter模型

1．2．3．T形微纳结构疏水机理

1．3．典型制备超疏水表面微纳结构的方法

1．3．1．刻蚀法

1．3．2．模板法

1．3．3．溶胶-凝胶法

1．4．超疏水表面制备的研究现状

1．5．本文研究内容与架构

1．5．1．卷对卷紫外微纳压印

1．5．2．本文研究重点

1．5．3．论文框架

2．卷对卷紫外微纳压印技术

2．1．卷对卷紫外微纳压印工艺

2．1．1．PDMS反模制备

2．1．2．紫外固化胶涂敷

2．1．3．微纳结构转印

2．1．4．表面处理

2．2．卷对卷紫外微纳压印的材料要求

2．2．1．压印模板

2．2．2．卷压辊轮

2．2．3．薄膜衬底

2．2．4．光固化胶

2．3．紫外光固化机理

2．4．氟化处理机理

2．5．微纳压印脱模过程的理论分析

2．5．1．材料粘附能对脱模的影响

2．5．2．具有微结构接触的固-固界面粘附能和脱模力分析

3．卷对卷紫外微纳压印机设计

3．1．卷对卷紫外微纳压印样机总体方案分析

3．1．1．样机需要实现的功能

3．1．2．样机的性能指标

3．1．3．样机总体布局

3．1．4．卷对卷紫外压印模块方案设计

3．2．卷对卷紫外微纳压印机主要功能模块

3．2．1．薄膜传送模块

3．2．2．紫外固化胶液涂敷模块

3．2．3．卷对卷紫外微纳压印模块

3．2．4．薄膜表面处理模块

3．2．5．机架设计

3．3．整机控制系统

3．3．1．薄膜传送张力控制

3．3．2．辊轮压力控制

3．3．3．电机控制

3．4．紫外固化光源与熏蒸加热室

3．4．1．紫外灯源

3．4．2．熏蒸加热室

3．5．卷对卷紫外微纳压印样机整机情况

4．实验结果及分析

4．1．PDMS压印模板与紫外固化胶的制备

4．1．1．PDMS压印模板的制备

4．1．2．紫外固化胶配制

4．2．氟化和构建微纳结构对薄膜疏水效果的影响实验

4．3．紫外固化胶对比实验

4．3．1．粘度、透光率、韧性、固化速度实验

4．3．2．平面紫外微纳压印实验

4．4．卷对卷紫外微纳压印机制备超疏水试验

4．5．实验总结

5．结论与展望

5．1．总结

5．2．展望

参考文献