双层异质结构模具制造技术

技术编号:17271148 阅读:35 留言:0更新日期:2018-02-14 23:50
双层异质结构模具,包括硅衬板,所述的硅衬板的上表层沿硅衬板轴向分布多列微米级凹槽组,并且每列所述的凹槽组包括若干等距排列的微米凹槽,相邻两列凹槽组轴向间距梯度渐增;整个所述的硅衬板上表面均匀分布纳米级孔,所述的微米凹槽以及分布在微米凹槽表面的纳米级孔形成二级结构。本实用新型专利技术的有益效果是:直接制造内凹正四棱台,制备简单、直接;纳米结构均匀、尺寸小和精度高;在模具上注入PDMS,通过简单处理即可得到特定的滴状冷凝且自集水微纳米材料,易于进行大规模生产;重复使用率高。

Double layer heterostructure die

Double heterostructure mold, including silicon lining, the lining on the surface of silicon lining axial columns micron groove group distribution plate along the silicon, and the groove group each column comprises a plurality of grooves are arranged on the micro groove, two adjacent columns group axial spacing of the gradient increasing; the silicon lining board on the surface of uniform distribution of nano micron hole, the groove and the distribution of the nano micron hole groove surface to form two level structure. The utility model has the advantages of direct manufacturing concave is four squaretable, simple preparation and direct; nano uniform structure, small size and high precision; PDMS into the mold, specific dropwise condensation and water micro nano materials by simple processing, easy for mass production; repeated use rate high.

【技术实现步骤摘要】
双层异质结构模具
本技术涉及一种双层异质结构模具,属于模具领域。
技术介绍
自从德国人Gleiter在1984年成功制备出纳米级别的金属晶体钯、铜、铁等以来,同时由于纳米材料其本身具有表面效应、体积效应和量子尺寸效应等,表现出众多独特的物理化学性质,其在材料领域的研究渐渐成为一个热点。科学家们逐渐发现纳米材料因其结构上的特性使其在医学、催化、光吸收、磁介质、水体处理及新材料等方面具有广阔的应用前景。现有的制备微纳米材料的方法主要可以分为两大类:化学方法和物理方法。具体来说主要有模板合成法、液相沉淀法、气相沉积法、高能球磨法及水热法等方法。其中模板合成法因具有大量其他方法所不具有的优点而被广泛运用。模板法通常被用来制备具有特殊形状的微纳米材料,如微纳米丝、微纳米管和微纳米线等。目前利用微纳米材料表面特性,通过设计微纳二级结构的几何参数,使微米结构和纳米结构的浸润性呈梯度变化,达到制作一种能滴状冷凝且自集水的微纳结构表面的目的。但现有的制备较复杂且该技术几乎都是实验室级别的合成技术,在工业生产中大批量生产制造很难实现。
技术实现思路
为了解决上述问题,本技术提出了一种制造简单、实现工业生产的微纳结构模具、制造方法及其在制备微纳米材料的应用。本技术所述的一种双层异质结构模具,包括硅衬板,其特征在于:所述的硅衬板的上表层沿硅衬板轴向分布多列微米级凹槽组,并且每列所述的凹槽组包括若干等距排列的微米凹槽,相邻两列凹槽组轴向间距梯度渐增;整个所述的硅衬板上表面分布均匀的纳米级孔,所述的微米凹槽以及分布在微米凹槽表面的纳米级孔形成双层结构。所述微米凹槽为内凹倒正四棱台。所述微米凹槽的倒四棱台边长为10~100微米。所述纳米级孔为内凹半球形结构。所述纳米级孔的半球直径为50~100纳米。根据本技术所述的一种微纳二级结构模具的制造方法,其特征在于所述制造方法包括以下步骤:a)将硅片抛光、清洗后,作为硅衬板,在通入氧气和氮气、900~1100℃条件下,在其一面热氧化淀积一层SiO2,获得一面带有SiO2层的硅衬板,记为硅衬板A;b)在硅衬板A的SiO2层表面涂覆一层光刻胶作掩膜,并在光刻胶层开设窗口,然后浸入BOE溶液中,室温放置至窗口处暴露出硅衬板为止,取出清洗,去除光刻胶,清洗、烘干,获得SiO2层带有腐蚀凹槽的硅衬板,记为硅衬板B;c)向硅衬板B腐蚀凹槽中加入浓度为35~40%的KOH水溶液,在80~100℃对硅衬板B进行60~80min的湿法刻蚀,形成微米凹槽,清洗、烘干,获得带有SiO2层及微米凹槽的硅衬板,记为硅衬板C;d)将硅衬板C浸入BOE溶液中,室温放置至去除SiO2层,清洗、烘干,获得带微米凹槽的硅衬板,记为硅衬板D;e)以Al为靶材料,以硅衬板D为电极,在0.1~1Pa,在氦气惰性气体的条件下,溅射30min,在硅衬板D带微米凹槽面溅射一层Al膜,获得带Al膜的硅衬板,记为硅衬板E;f)将硅衬板E浸入0.3mol/L磷酸水溶液的电解质中,在0℃左右,偏置电压190V条件下,以两步阳极氧化法将硅衬板E的Al膜氧化成孔间距350~500nm,孔径50~100nm的多孔状均匀有序的AAO膜(AAO膜的最终厚度取决于上述Al膜的厚度,在这里没有特殊要求),获得表面带AAO势垒层的硅衬板,记为硅衬板F;所述AAO膜为Al2O3膜;g)将硅衬板F再次浸入0.3mol/L磷酸水溶液的电解液中,继续氧化,当电路电流发生3~4次突变时,停止电解,此时电解液穿过多孔AAO膜对硅衬板表面形成SiO2球,获得带SiO2球的硅衬板,记为硅衬板H,根据硅原子数守恒和单位体积摩尔数,表明每生成一份厚度的SiO2,需要消耗0.46份厚度的Si,即生成一个SiO2球,其中SiO2球一半凸出在外,另一半镶嵌在最终成型的硅衬板H中;h)将将硅衬板H浸入质量分数是6%的磷酸和1.5%的铬酸混合溶液中,室温静置30min以上去除AAO膜,获得带SiO2岛的硅衬板,记为硅衬板I;i)再将硅衬板I浸入BOE溶液中,室温静置去除SiO2岛,形成内凹的纳米孔,从而获得微纳二级结构模具。所述的BOE溶液由浓度49%的HF水溶液和浓度40%的NH4F水溶液按体积比1:6混合而成。所述的掩膜上的腐蚀窗口沿掩膜轴向列状排布,并且同一列腐蚀窗口等距排列,相邻两列腐蚀窗口轴向间距梯度渐增。步骤a)所述的SiO2层厚度为1~2μm,优选为1μm。步骤e)所述的Al膜厚度为4~6μm,优选为4μm。本技术所述的双层异质结构模具在制备微纳米材料的应用,其特征在于:所述的应用包括以下步骤:1)将模具浸泡在氟硅烷溶液的硅烷化试剂中,在室温下浸泡2h以上,对其表面进行硅烷化疏水处理,然后清洗、烘干,得到疏水化处理的模具,备用;2)将PDMS基料和PDMS固化剂以9:1~10:1的质量比配置PDMS预聚物,充分混合之后,按PDMS预聚物和OS-20硅油2:1~3:1的质量比加入硅油,再次充分混合,得到浇筑液;3)将配置好的浇筑液浇注在疏水化处理后的模具的带微纳米凹槽的表面,在0.01~0.03MPa条件下维持20~30min后逐渐放气,而后在70~90℃固化60~120min,得到固化的PDMS;4)用镊子将固化的PDMS从模具上小心去下,得到具有微米正四棱台凸起和纳米半球凸起的PDMS微纳米材料。PDMS微纳米材料可以作为冷凝表面,能实现蒸汽的滴状冷凝且自集水。本技术中可以通过对US-8光刻胶掩膜板的调整来控制微米凹槽的间距变化,从而控制由由模具制得的微纳米材料的自集水特性;通过在两步阳极氧化法制AAO膜中对环境温度和偏置电压的调整来控制纳米孔大小,从而控制由模具制得的微纳米材料的滴状冷凝特性。本技术的有益效果是:(1)利用KOH刻蚀(100)硅片表面生成54.74°斜面的特性直接制造内凹正四棱台,制备简单、直接。(2)通过AAO膜制得的内凹SiO2半岛纳米结构具有均匀、尺寸小和精度高等特点。(3)在模具上注入PDMS,通过简单处理即可得到特定的自集水微纳米材料,易于进行大规模生产。(4)得益于硅的特性,模具的重复使用率高。附图说明图1是本技术的结构图。图2是本技术的硅衬板A的剖面示意图。图3是本技术的硅衬板C的剖面示意图。图4是本技术的硅衬板D的剖面示意图。图5是本技术明的硅衬板H的剖面示意图。图6是本技术剖面示意图。图7是本技术模具应用的剖面示意图。图8是本技术模具制得的微纳米材料剖面示意图。图1~图8中:1—模具的硅衬底、2—微米凹槽、3—纳米级孔、4—硅片、5—SiO2层、6—硅衬板C、7—Al膜、8—AAO膜、9—SiO2球、10—PDMS微纳米材料。具体实施方式下面结合附图进一步说明本技术参照附图:实施例1本技术所述的双层异质结构模具,包括硅衬板1,所述的硅衬板1的上表层沿硅衬板轴向分布多列微米级凹槽组,并且每列所述的凹槽组包括若干等距排列的微米凹槽2,相邻两列凹槽组轴向间距梯度渐增;整个所述的硅衬板1上表面分布纳米级孔3,所述的微米凹槽2以及分布在微米凹槽2表面的纳米级孔3形成二级结构。所述微米凹槽2为内凹倒四棱台。所述微米凹槽2的倒四棱台边长为100微米。所述纳米级孔3为内凹半球形本文档来自技高网...
双层异质结构模具

【技术保护点】
双层异质结构模具,包括硅衬板,其特征在于:所述的硅衬板的上表层沿硅衬板轴向分布多列微米级凹槽组,并且每列所述的凹槽组包括若干等距排列的微米凹槽,相邻两列凹槽组轴向间距梯度渐增,凹槽组内微米凹槽间距的随凹槽组之间的间距增大而增大;整个所述的硅衬板上表面分布纳米级孔,所述的微米凹槽以及分布在微米凹槽表面的纳米级孔形成二级结构。

【技术特征摘要】
1.双层异质结构模具,包括硅衬板,其特征在于:所述的硅衬板的上表层沿硅衬板轴向分布多列微米级凹槽组,并且每列所述的凹槽组包括若干等距排列的微米凹槽,相邻两列凹槽组轴向间距梯度渐增,凹槽组内微米凹槽间距的随凹槽组之间的间距增大而增大;整个所述的硅衬板上表面分布纳米级孔,所述的微米凹槽以及分布在微米凹槽表面的纳米级孔形成二级结构。2.如权利要求1所述的双层异质结构模具,其特征在于:所述微米凹槽为内凹倒正四棱台。3.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员:董健金焱立龙芝剑孙笠董鹤
申请(专利权)人:浙江工业大学
类型:新型
国别省市:浙江,33

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