一种光刻胶、微纳温湿敏感智能器件及其制备方法技术

本发明专利技术属于光刻胶及激光直写技术领域，并公开了一种光刻胶、微纳温湿敏感智能器件及其制备方法，该光刻胶包括温敏单体、亲水性丙烯酸酯、阳离子型光引发剂和溶剂，温敏单体与亲水丙烯酸酯的摩尔比为(0.5～5):1，每毫升的温敏单体与亲水丙烯酸酯的混合液中含有0.6‑2mg的阳离子型光引发剂，温敏单体、亲水性丙烯酸酯和阳离子型光引发剂的体积总量与溶剂的体积比为10:(0.5～3)，所述微纳温湿敏感智能器件由上述光刻胶制备。本发明专利技术制备的光刻胶具有亲水亲醇性，制备的智能器件具有温湿敏特性，具有制备工艺简单，操作便利等优点。

Photoresist, micro nano temperature humidity sensitive smart device and preparation method thereof

The invention belongs to the technical field of photoresist and laser direct writing, and discloses a photoresist, a micro-nano temperature-humidity sensitive intelligent device and a preparation method thereof. The photoresist comprises a temperature-sensitive monomer, a hydrophilic acrylate, a cationic photoinitiator and a solvent, and a molar ratio of a temperature-sensitive monomer to a hydrophilic acrylate (0.5-5): 1 per milliliter. The mixture of the thermosensitive monomer and the hydrophilic acrylate contains a cationic photoinitiator of 0.6_2 mg, and the volume ratio of the total volume of the thermosensitive monomer, the hydrophilic acrylate and the cationic photoinitiator to the solvent is 10: (0.5-3). The micro-nano temperature-humidity sensitive intelligent device is prepared by the above-mentioned photoresist. The photoresist prepared by the invention has hydrophilicity and alcoholicity, the prepared intelligent device has temperature and humidity sensitive characteristics, and has the advantages of simple preparation process and convenient operation.

【技术实现步骤摘要】
一种光刻胶、微纳温湿敏感智能器件及其制备方法
本专利技术属于光刻胶及激光直写
，更具体地，涉及一种光刻胶、微纳温湿敏感智能器件及其制备方法。
技术介绍
智能材料是继天然、合成高分子、人工设计材料之后的第四代材料，是新材料发展的重要方向之一，将支撑生产力发展，使功能材料和结构材料之间的界线逐渐消失，实现结构功能化、功能多样化。智能材料因独特化学官能团或掺杂纳米材料具有新性质：亲疏水、自愈、光致驱动、导电、磁感、高柔性或机械强度，其在亚波长区域内的光致聚合效应和烧蚀效应是光学制造高质量微纳器件的基础和保障。飞秒激光直写技术集成了精密机械、数字技术、超快激光器和先进材料学科，具有纳米增减材加工能力，是无掩膜、非接触式、突破光学衍射极限、具备三维纳米精度的先进光学制造技术，可制备微纳机械、模型和光学器件等，但目前广泛使用非智能的树脂材料、以及蛋白质、金属/陶瓷等材料，其激光直写技术的成形结构或图案均静止，无刺激响应或可控的智能形变能力，无环境自适应性。因此，需研究设计新型的树脂，以将其作为激光直写成形技术的原材料，进而制备具有形变能力及环境适应性的智能器件。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种光刻胶、微纳温湿敏感智能器件及其制备方法，其立足于飞秒激光诱导的智能单体的双/多光子吸收效应，以材料的温敏/亲水性为契入点，利用阳离子光引发剂提高自由基活性，制备获得具有亲水亲醇性光刻胶以及具有温湿敏特性的智能器件，为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提出了一种光刻胶，包括温敏单体、亲水性丙烯酸酯、阳离子型光引发剂和溶剂，所述温敏单体、亲水性丙烯酸酯、阳离子型光引发剂和溶剂的配比如下：温敏单体与亲水丙烯酸酯的摩尔比为(0.5～5):1，每毫升的温敏单体与亲水丙烯酸酯的混合液中含有0.6-2mg的阳离子型光引发剂，温敏单体、亲水性丙烯酸酯和阳离子型光引发剂的体积总量与溶剂的体积比为10:(0.5～3)。作为进一步优选的，温敏单体优选为聚氮-异丙基丙烯酰胺、聚-乙烯基异丁酞胺或聚氧化乙烯醚；亲水性丙烯酸酯优选为聚乙二醇二丙烯酸酯或甲基丙烯酸甲酯；阳离子型光引发剂优选为亚甲基蓝、巯基苯并噻唑、7-二乙基氨基-3-噻吩甲酰基香豆素或2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉苯基)丁酮；溶剂优选为乙二醇、甲醇或乙醇。作为进一步优选的，温敏单体与亲水丙烯酸酯的摩尔比优选为2:1；每毫升的温敏单体与亲水丙烯酸酯的混合液中优选含有0.9mg阳离子型光引发剂；温敏单体、亲水性丙烯酸酯和阳离子型光引发剂的体积总量与溶剂的体积比优选为10:2。按照本专利技术的另一方面，提供了一种所述光刻胶的制备方法，包括如下步骤：1)在纯度>99％的溶剂中滴入亲水性丙烯酸酯，超声振荡获得透明流动状的混合物；2)在透明流动状的混合物中加入温敏单体，搅拌、离心获得上层液体；3)在步骤2)获得的上层液体中加入阳离子型光引发剂粉末，依次进行超声振荡、搅拌和离心，滤除沉淀物获得所需的光刻胶。作为进一步优选的，步骤1)中，超声振荡的时间为5-60分钟，优选为10分钟；步骤2)中，搅拌时间大于4小时，优选为8小时，搅拌速度高于800转/分，优选为1600转/分，离心速度大于2000转/分，优选为6000转/分；步骤3)中，超声振荡的时间为10～60分钟，优选为15分钟，搅拌时间为4-10小时，优选为8小时，离心速度大于6000转/分，优选为8000转/分。按照本专利技术的另一方面，提供了一种微纳温湿敏感智能器件，该器件由所述的光刻胶制备。作为进一步优选的，该器件具有温湿敏感性，受温度和湿度影响将产生可逆形变，温度响应范围30～100℃；湿度响应范围具体为：在空气环境下绝对湿度在1.2g/m3以上，在液态环境下含水量比重在3％以上。按照本专利技术的另一方面，提供了一种所述的微纳温湿敏感智能器件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)在透明衬底上滴光刻胶，利用飞秒激光直写系统对光刻胶进行激光直写，完成一层图案的光刻；2)调节飞秒激光直写系统中的物镜高度，使其上升一个层厚，再进行激光直写，完成下一层图案的光刻；3)重复步骤2)完成所有层图案的光刻，获得所需的微纳温湿敏感智能器件。作为进一步优选的，飞秒激光直写系统中的声光调制器采用零级光作为输出光。作为进一步优选的，透明衬底优选为石英玻璃、柔性树脂、ITO导电薄膜或光学玻璃，厚度为0.17mm-1.1mm。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：1.本专利技术的由四种成分按一定配比构成的光刻胶具有亲水亲醇特性，其自由基活性显著增强，光响应波段更宽，允许高速直写且保留官能团，制备周期缩短、生物相容、适用于柔性衬底、成形前后均具有环境响应能力，该光刻胶适用于紫外光刻、激光3D打印、光固化成形和激光直写，特别适合激光直写中对光刻胶活性和加工速度要求高的应用场所。2.本专利技术的光刻胶可适用于激光直写的激光功率最低阈值为1～6mW，相比常规丙烯酸树脂增材制造时平均激光功率为20～40mW而言，可大幅降低加工的能量消耗；允许的直写速度范围明显扩大，为20μm/s-1mm/s，而常规丙烯酸树脂类光刻胶的直写速度一般小于100μm/s，当速度超过100μm/s时丙烯酸树脂无法有效聚合；本专利技术由于阳离子型光引发剂的引入，允许波长范围大于一般树脂，与近紫外波段树脂具有明显区别。3.本专利技术的光刻胶具有天生亲水亲醇特性，因此易于掺杂羟基化的单/多壁碳纳米管分别增加光热效应和导电性，或掺杂水溶性的海藻酸钠和黄原胶(ph值响应)，肉桂酸醋基材料(感光)或磁性粒子(磁场敏感)掺杂光刻胶，提高环境响应性，以充分集合材料的生物相容性、纳米材料体表面积大等优点，由较强的智能型，多重环境响应性。4.通过使用本专利技术的光刻胶采用激光直写技术制备器件时，可实现两种加工模式，一是低加工阈值区1-30mW，在该加工模式下可避免非完全聚合、过高功率导致碳化、加工线宽不够等；二是高功率阈值区55-1200mW，在该加工模式下可无热传播效应地烧蚀成型结构，利用加工体素点的亚微米尺寸对成形结构进行二次加工，可用于表面修复或内部加工。5.本专利技术的聚合效应基于阳离子自由基聚合反应，化学原理为：引发剂亚甲基蓝同时吸收飞秒激光系统光束的双光子能量进行分解获得包含苯环结构的自由基，自由基夺取温敏单体和亲水性丙烯酸酯两种材料单体中的氢原子形成两种新的自由基，新自由基与剩余温敏单体和亲水性丙烯酸酯继续聚合，最终形成网络交联结构。6.本专利技术不同于传统三维加工中移动平移台Z轴或者移动激光器的方法，利用改变物镜高度(物镜与被加工衬底距离)，改变激光聚焦点在衬底、衬底-光刻胶交界面、光刻胶体内的高度，加工时以单层聚合的厚度为步长，提高焦点位置，逐层加工，最终形成三维模型。7.本专利技术制备的智能器件的三维空间分辨率优于600纳米，及成形精度由于600nm，器件可以为任意形状，无环境刺激时结构固定，在微纳尺度下同时或单独受水/温环境刺激产生可控可逆的形变、折叠、溶胀，具有较高的温敏和湿敏特性。附图说明图1为本专利技术的温湿敏感智能光刻胶的配制流程图；图2为飞秒激光直写系统的结构示意图；图3a-b为本专利技术的变焦多层加工法示意图；图4a-c本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光刻胶，其特征在于，包括温敏单体、亲水性丙烯酸酯、阳离子型光引发剂和溶剂，所述温敏单体、亲水性丙烯酸酯、阳离子型光引发剂和溶剂的配比如下：温敏单体与亲水丙烯酸酯的摩尔比为(0.5～5):1，每毫升的温敏单体与亲水丙烯酸酯的混合液中含有0.6‑2mg的阳离子型光引发剂，温敏单体、亲水性丙烯酸酯和阳离子型光引发剂的体积总量与溶剂的体积比为10:(0.5～3)。

【技术特征摘要】
1.一种光刻胶，其特征在于，包括温敏单体、亲水性丙烯酸酯、阳离子型光引发剂和溶剂，所述温敏单体、亲水性丙烯酸酯、阳离子型光引发剂和溶剂的配比如下：温敏单体与亲水丙烯酸酯的摩尔比为(0.5～5):1，每毫升的温敏单体与亲水丙烯酸酯的混合液中含有0.6-2mg的阳离子型光引发剂，温敏单体、亲水性丙烯酸酯和阳离子型光引发剂的体积总量与溶剂的体积比为10:(0.5～3)。2.如权利要求1所述的光刻胶，其特征在于，温敏单体优选为聚氮-异丙基丙烯酰胺、聚-乙烯基异丁酞胺或聚氧化乙烯醚；亲水性丙烯酸酯优选为聚乙二醇二丙烯酸酯或甲基丙烯酸甲酯；阳离子型光引发剂优选为亚甲基蓝、巯基苯并噻唑、7-二乙基氨基-3-噻吩甲酰基香豆素或2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉苯基)丁酮；溶剂优选为乙二醇、甲醇或乙醇。3.如权利要求1所述的光刻胶，其特征在于，温敏单体与亲水丙烯酸酯的摩尔比优选为2:1；每毫升的温敏单体与亲水丙烯酸酯的混合液中优选含有0.9mg阳离子型光引发剂；温敏单体、亲水性丙烯酸酯和阳离子型光引发剂的体积总量与溶剂的体积比优选为10:2。4.如权利要求1-3任一项所述光刻胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)在纯度>99％的溶剂中滴入亲水性丙烯酸酯，超声振荡获得透明流动状的混合物；2)在透明流动状的混合物中加入温敏单体，搅拌、离心获得上层液体；3)在步骤2)获得的上层液体中加入阳离子型光引发剂粉末，依次进行超声振荡、搅拌和离心，滤除沉淀物获得所需的光刻胶。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：熊伟，陶宇峰，王锐青，蔡颂，王帆，曾晓雁，陆永枫，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42