基于PDMS模板微纳米转印技术的研究

摘要

微纳米转印技术作为一种非传统微纳米加工技术为简单、高效地进行微纳米结构和器件的制作提供了一个有效的手段。微纳米转印技术一般可分为正性转印、负性转印、转印印刷和墨水转印四种类型，而墨水转印技术因具有制作成本低、无需高温高压和易于实现卷对卷加工等优点被广泛地运用到微纳米加工领域。本文在利用PDMS模板进行聚合物SU-8胶和银浆溶液墨水转印实验的基础上，阐明了聚合物SU-8胶和银浆溶液的墨水转印机理，探讨了各工艺参数对转印质量的影响，为墨水转印技术的研究和应用提供了必要的理论指导。
　　 利用PDMS微孔模板转印SU-8胶点状阵列结构。从SU-8胶溶液对PDMS微孔模板的填充特性和固化后SU-8胶的转印工艺两个方面进行了相关研究。使用有限元模拟的VOF方法，结合液体在微结构表面的Wenzel和Cassie-Baxter状态，分析了SU-8胶与PDMS接触角和微孔深宽比对填充效果的影响;基于不同材料间粘附能理论，利用表面改性技术提高了墨水转印技术的工艺宽容度;对转印过程中PDMS受压进行有限元分析，优化选择转印压力，有效控制了点状SU-8胶结构的高度;通过不同溶剂含量的SU-8胶进行转印实验，分析了溶剂挥发对转印精度的影响。这些结果为SU-8胶的墨水转印提供了较为全面的理论指导，对相关工艺参数的选择和改进具有较好的参考价值。
　　 利用PDMS沟槽模板转印银线结构。提出了一种无需外力即可完成银浆对微结构模板填充的方法:利用银浆溶液在PDMS沟槽结构上沿平行沟槽方向和垂直沟槽方向的非连续除湿现象完成了银浆对PDMS沟槽结构的填充。利用Fluent软件对银浆沿平行沟槽方向的非连续除湿现象进行了模拟分析，并通过相关实验进行验证;使用液桥转印技术将收缩到沟槽底部的银线结构从PDMS模板转移到玻璃基底，提高了转印的成功率;探讨了银浆的烘烤温度、时间对银线结构连续性，液桥溶剂对银线的溶解以及银线结构透射率的影响。这些研究为图形化金属结构的制备提供了一个简单有效的新方法，对金属墨水的转印提供了必要的理论支持。

目录

声明

摘要

致谢

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 微纳米转印技术的分类和运用

1．1．1 正性转印

1．1．2 负性转印

1．1．3 转印印刷

1．1．4 墨水转印及其优点

1．3 课题研究内容

第二章 墨水转印技术

2．1 微结构表面的Cassie-Baxter和Wenzel状态

2．2 转印过程中的粘附能

2．3 转印过程中的动力学作用

2．4 本章小节

第三章 基于PDMS微孔模板转印SU-8胶的点阵结构

3．1 实验方案和实验步骤

3．1．1 实验材料和实验设备

3．1．2 光刻胶模板的制备

3．1．3 PDMS模板的浇铸成型

3．1．4 SU-8胶的墨水转印

3．2 接触角和深宽比对填充效果影响的模拟分析

3．2．1 接触角的影响

3．2．2 深宽比的影响

3．2．3 填充效果的评估判定

3．3 基于PDMS微孔模板的粘附能分析

3．4 SU-8胶点阵转印实验的结果和讨论

3．4．1 基底表面能对转印的影响

3．4．2 转印压力的模拟分析和优化选择

3．4．3 SU-8胶中溶剂含量对转印的影响

3．5 本章小节

第四章 基于PDMS沟槽结构模板的银浆转印研究

4．1 金属墨水转印的应用

4．2 基于PDMS沟槽结构模板的银浆转印实验

4．3 银浆墨水填充和转印的相关理论研究

4．3．1 非连续除湿

4．3．2 基于液桥机理的转印

4．4 银浆转印实验的结果和讨论

4．4．1 银线的连续性

4．4．2 液桥溶剂对银线结构的溶解

4．4．3 银线结构的透射率

4．5 本章小节

第五章 结论与展望

5．1 全文总结

5．2 实验的不足和改进

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文