光固化法制备微结构聚合物器件的研究

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:juezhan2010
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由于聚合物材质具有价格低廉和理化性能优良等优点,使得聚合物在微细加工领域特别是在微流控芯片、微反应器件及微光学照明器件等方面显示出巨大的商业前景。而光固化法压印工艺能够在常温低压下快速成型各种微纳结构制品,具有其它方法无法比拟的优势。因而近年来,光固化法微纳压印技术成为微细加工中的一个研究热点。本文以制作具有微米和纳米阵列表面的聚合物器件为目的,对光固化微纳压印成型的工艺进行了较为系统的研究。本文首先利用理论计算得出UV胶液滴在受压过程中主要以层流状态进行表面扩散,计算表明液体填充模腔的时间极短,而主要由UV胶的固化时间决定了微纳结构成型的快慢。建立了气液混合的多相流(VOF)流体分析模型,归纳并划分出了有利于微结构填充的有效接触角组合区域。UV胶液体与模具保持较小的锐角,而与基板则保持成钝角,能够有利于增大UV液体的填充率。增加液体表面张力系数和液体的供给率均有利于填充率的提高,而增大微结构深宽比则液体填充率有所下降。首次建立了以弹性断裂力学为基础的内聚力模型,模拟分析得知脱模主要分为:微结构顶端能量积聚直至脱开和侧壁摩擦剪切而脱开两个阶段。侧壁上与模具接触的上下两个尖角为应力集中位置,底部尖角位置最易损坏。摩擦引起的剪切作用在局部应力的增加中所占比例较大,不容忽视。保持细微的侧壁倾角和较高弹性模量的UV胶固体有利于保证成功的脱模。最后利用“滚对平板”(Roll-to-Plate, RTP),也称为Roller Press Scan的压印方式,成功制备出大面积(200mm2)表面含纳米蛾眼结构的薄膜,具有良好的抗反射效果。在波长为450-600nm之间时,单面AR制品反射率仅为1%左右,双面AR制品的透射率则能达到98.3%。覆盖有AR薄膜的背景色彩还原性极佳,提高了显示的分辨率,可以与商用的抗反射涂层制品媲美。同时分析了不同工艺对纳米结构尺寸的影响,保持“高压中速”的参数窗口设置,能够得到尺寸一致性较好的制品。文中首次提出了连续点胶式的滚对平板紫外压印工艺的概念,简化了UV胶涂布工艺,能有效提高微结构成型的效率,这将为实现规模划的生产微纳结构聚合物器件提供新的思路。
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