卷型紫外纳米压印装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于表界面微结构制备设备技术领域，尤其涉及一种卷型紫外纳米压印装置，包括传输装置、涂布装置、辊压装置、加热装置和紫外固化装置，传输装置包括放卷辊、收卷辊和和若干导向辊并用于按设定的传输路线传输衬底薄膜，涂布装置用于将紫外固化胶涂布在衬底薄膜上，辊压装置包括压印辊和压力调节机构，压印辊的外表面包裹有具有纳米结构图案的软模具，压力调节机构用于控制压印辊将纳米结构图案压印至紫外固化胶上，加热装置用于加速涂布装置涂布后的紫外固化胶的流平，紫外固化装置用于固化辊压装置压印的紫外固化胶。本发明专利技术能够实现连续批量化制备表界面微结构，并且具有生产效率低、制造成本高和产品质量高的优点。

Roll Ultraviolet Nanoimprint Device

The invention belongs to the technical field of surface interface micro-structure preparation equipment, in particular to a roll-type ultraviolet nano-imprinting device, including a transmission device, a coating device, a roll-pressing device, a heating device and an ultraviolet curing device. The transmission device includes a roll-out roller, a roll-up roller and several guide rolls, and is used to transfer the substrate film according to a set transmission route, and a coating device is used to transfer the ultraviolet curing adhesive. The roll-pressing device consists of an embossing roller and a pressure regulating mechanism. The outer surface of the embossing roller is coated with a soft die with a nanostructure pattern. The pressure regulating mechanism is used to control the embossing roller to press the nanostructure pattern onto the UV-curing adhesive. The heating device is used to accelerate the leveling of the UV-curing adhesive coated by the coating device. The UV-curing device is used to solidify the roll-pressing. Ultraviolet curable adhesive for imprinting device. The invention can realize continuous batch preparation of surface interface microstructures, and has the advantages of low production efficiency, high manufacturing cost and high product quality.

【技术实现步骤摘要】
卷型紫外纳米压印装置
本专利技术属于表界面微结构制备设备
，尤其涉及一种卷型紫外纳米压印装置。
技术介绍
随着生物医学器件、半导体、光学组件和柔性电子器件的应用与发展，市场对低成本、高产量、高分辨率的微纳加工技术需求量快速增加。当前，制备表界面微结构的方法已有几十年的研究，制备方法高度多样化，包括电纺丝技术法、溶胶-凝胶法、刻蚀法、光学曝光法等。不过现有方法大多需要昂贵的原材料进行制备、修饰或需要特殊的加工设备，或操作过程复杂，在大面积制备时难于控制。而采用卷型微纳压印的方法来制备，工艺和设备相对简单、压印模板可重复使用、能大面积转移图形，尤其是在制备光栅、太阳能电池薄膜等柔性微结构领域具有广阔的应用前景。中国专利《用于塑料功能性微结构表面批量化生产的采用软光刻技术复制塑料功能性微结构表面的方法》(公开号CN102515091A)通过脉冲激光微加工得到母模。在真空、高温高压环境下，采用软光刻复制得到弹性体PDMS聚合物反模，再通过软光刻复制技术将模板功能和结构转移至塑料材料表面，实现具有超疏水性塑料功能性微结构表面的批量化生产。然而，该技术中采用的飞溅和喷射涂布法，容易造成喷嘴堵塞，加大了人工清洗的工作量。采用软光刻将PDMS反模的功能和结构转移至待复制塑料材料表面是在真空高压环境下进行，对实验条件苛刻，不利于低成本批量化生产。中国专利《一种卷对卷紫外纳米压印装置及方法》(公开号CN101943859A)利用卷型紫外纳米压印装置，使待压印材料沿规定路径传输，在待压印材料上进行胶液涂覆，对胶液预固化、卷压、强固化得到微纳图形。另加装控制部件，实现胶液涂覆厚度的控制、材料在传输过程中的偏移纠正、传输张力的控制等。该技术中需要点胶机沿网纹辊轴向移动，其中，涂布装置结构复杂，且对涂胶的均匀性和连续性较难控制。提出的紫外固化胶液涂覆、预固化、卷压、强固化的卷型紫外纳米压印方法。然而光刻胶预固化后已拥有一定的强度和韧性，再卷压并不能确保此时光刻胶能完全渗透进入微纳结构腔内，尤其是所需复制的微纳结构在纳米级时，其难度越大。目前的紫外纳米压印技术设备普遍价格昂贵，对机械精度、加工工艺和环境的要求也非常高；没有加热的过程，光刻胶中的气泡难以排出，会对细微结构造成缺陷。并且，目前用于纳米压印的紫外固化胶存在固化时间长不利于提高生产效率、机械和物理性能不够优越影响固化脱模效果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种卷型紫外纳米压印装置，旨在解决现有技术制备表界面微结构无法实现连续批量生产以及生产效率低和制造成本高的技术问题。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种卷型紫外纳米压印装置，包括：传输装置，包括放卷辊、收卷辊和和若干导向辊，用于按设定的传输路线传输衬底薄膜；涂布装置，设于所述放卷辊之后并用于将紫外固化胶涂布在所述衬底薄膜上；辊压装置，设于所述涂布装置之后并包括压印辊和压力调节机构，所述压印辊的外表面包裹有软模具，所述软模具上具有纳米结构图案，所述压力调节机构与所述压印辊连接并用于控制所述压印辊以将所述纳米结构图案压印至涂布在所述衬底薄膜上的所述紫外固化胶上；加热装置，设于所述涂布装置之后并用于加速所述涂布装置涂布后的所述紫外固化胶的流平；紫外固化装置，用于固化所述辊压装置压印的所述紫外固化胶。优选地，所述涂布装置包括上胶辊、下胶辊和胶槽，所述上胶辊浸设在所述胶槽内的紫外固化胶中，所述胶槽内的紫外固化胶经所述上胶辊带至所述下胶辊，并由所述下胶辊涂布在所述衬底薄膜上。优选地，所述涂布装置还包括刮刀，所述刮刀设于所述下胶辊之后并用于去除多余的紫外固化胶。优选地，所述辊压装置还包括压力传感器和压力控制仪器，所述压力传感器包括具有自由端的弹性元件，所述弹性元件的自由端能够在所述压力控制仪器的控制下产生位移；所述压力传感器用于检测所述压印辊和薄膜衬底之间的压力并将压力反馈至所述压力控制仪器，所述压力控制仪器对反馈压力与预设压力进行比较并根据比较结果控制所述弹性元件的自由端是否产生位移以推动所述压印辊在垂直方向上的移动。优选地，各所述导向辊均包括用于传输衬底薄膜的中间支撑部和用于固定所述中间支撑部的固定部，所述固定部位于所述中间支撑部的两端，所述中间支撑部的两端均设有呈环形且用于防止衬底薄膜在水平方向上产生偏移的挡边，所述挡边垂直于所述中间支撑部并向外延伸且所述挡边的边缘设有用于防止衬底薄膜在垂直方向上产生偏移的翻边。优选地，所述卷型紫外纳米压印装置还包括张力控制系统，所述张力控制系统包括张力控制器、张力传感器和磁粉控制器，所述张力传感器与所述张力控制器电连接，所述张力控制器与所述磁粉控制器电连接，所述磁粉控制器与所述放卷辊连接，所述张力传感器连接于相邻于所述放卷辊的所述导向辊上以检测所述衬底薄膜的实际张力并将检测值作为反馈信号反馈至所述张力控制器，所述张力控制器实际张力与预设张力进行比较以产生反馈偏差并输出控制信号至所述磁粉控制器，所述磁粉控制器控制所述放卷辊以使所述衬底薄膜的实际张力与预设张力相等。优选地，所述磁粉控制器包括磁粉离合器和磁粉制动器，当所述张力传感器检测出所述衬底薄膜传输时的张力大于预设值时，所述磁粉控制器通过调节所述磁粉离合器和所述磁粉制动器的转矩以微动提升所述放卷辊的放卷转速，当所述张力传感器检测出所述衬底薄膜传输时的张力小于预设值时，所述磁粉控制器通过调节所述磁粉离合器和所述磁粉制动器的转矩以微动减小所述放卷辊的放卷转速。优选地，所述磁粉控制器通过控制所述放卷辊的转速以调节所述衬底薄膜作用于所述压印辊的预紧力，并利用所述衬底薄膜的张力对所述压印辊的接触为所述压印辊提供法向压力和切向摩擦力而带动所述压印辊转动。优选地，所述紫外固化装置包括第一紫外灯、第二紫外灯和第三紫外灯，所述第一紫外灯设置在所述压印辊的下方，所述第二紫外灯设置在所述压印辊与所述压印辊前的一个所述导向辊之间，所述第三紫外灯设置在所述压印辊前方的两个所述导向辊之间。优选地，所述卷型紫外纳米压印装置还包括支撑装置，所述支撑装置包括支架台、固定在所述支架台上的两个支撑面板和连接于两个所述支撑面板之间的支撑辊，所述放卷辊、所述收卷辊、所述导向辊和所述压印辊的两端分别安装连接在两个所述支撑面板之间。优选地，所述软模具的制备方法包含以下步骤：S10：通过紫外光刻和深层反应离子蚀刻获得具有纳米结构图案的硅母版；S20：在所述硅母版上浇筑厚度为0.6mm～0.8mm的聚二甲基硅氧烷，热烘100min～120min后固化并脱模，获得聚二甲基硅氧烷反母版，在所述硅母版上重复操作浇筑-固化-脱模以获得多个聚二甲基硅氧烷反母版；S30：将多个所述聚二甲基硅氧烷反母版整齐排列并贴附于厚度0.5mm～0.7mm的亚克力双面胶上，在所述亚克力双面胶上沿各所述聚二甲基硅氧烷反母版的边缘浇筑少量的聚二甲基硅氧烷，并静置10min～12min以使聚二甲基硅氧烷流平，最后再进行90min～100min的热固化和120min～130min的氟化处理，从而获得具有纳米结构图案的柔性的软模具。本专利技术的有益效果：本专利技术的卷型紫外纳米压印装置，通过卷型制备解决了目前表界面微结构表面的批量制备存在的难以大面积制备的问题，同时提高了制备效率，降低了制备成本，实现表界面微结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种卷型紫外纳米压印装置，其特征在于：包括：传输装置，包括放卷辊、收卷辊和和若干导向辊，用于按设定的传输路线传输衬底薄膜；涂布装置，设于所述放卷辊之后并用于将紫外固化胶涂布在所述衬底薄膜上；辊压装置，设于所述涂布装置之后并包括压印辊和压力调节机构，所述压印辊的外表面包裹有软模具，所述软模具上具有纳米结构图案，所述压力调节机构与所述压印辊连接并用于控制所述压印辊以将所述纳米结构图案压印至涂布在所述衬底薄膜上的所述紫外固化胶上；加热装置，设于所述涂布装置之后并用于加速所述涂布装置涂布后的所述紫外固化胶的流平；紫外固化装置，用于固化所述辊压装置压印的所述紫外固化胶。

【技术特征摘要】
1.一种卷型紫外纳米压印装置，其特征在于：包括：传输装置，包括放卷辊、收卷辊和和若干导向辊，用于按设定的传输路线传输衬底薄膜；涂布装置，设于所述放卷辊之后并用于将紫外固化胶涂布在所述衬底薄膜上；辊压装置，设于所述涂布装置之后并包括压印辊和压力调节机构，所述压印辊的外表面包裹有软模具，所述软模具上具有纳米结构图案，所述压力调节机构与所述压印辊连接并用于控制所述压印辊以将所述纳米结构图案压印至涂布在所述衬底薄膜上的所述紫外固化胶上；加热装置，设于所述涂布装置之后并用于加速所述涂布装置涂布后的所述紫外固化胶的流平；紫外固化装置，用于固化所述辊压装置压印的所述紫外固化胶。2.根据权利要求1所述的卷型紫外纳米压印装置，其特征在于：所述涂布装置包括上胶辊、下胶辊和胶槽，所述上胶辊浸设在所述胶槽内的紫外固化胶中，所述胶槽内的紫外固化胶经所述上胶辊带至所述下胶辊，并由所述下胶辊涂布在所述衬底薄膜上。3.根据权利要求2所述的卷型紫外纳米压印装置，其特征在于：所述涂布装置还包括刮刀，所述刮刀设于所述下胶辊之后并用于去除多余的紫外固化胶。4.根据权利要求1～3任一项所述的卷型紫外纳米压印装置，其特征在于：所述辊压装置还包括压力传感器和压力控制仪器，所述压力传感器包括具有自由端的弹性元件，所述弹性元件的自由端能够在所述压力控制仪器的控制下产生位移；所述压力传感器用于检测所述压印辊和薄膜衬底之间的压力并将压力反馈至所述压力控制仪器，所述压力控制仪器对反馈压力与预设压力进行比较并根据比较结果控制所述弹性元件的自由端是否产生位移以推动所述压印辊在垂直方向上的移动。5.根据权利要求1～3任一项所述的卷型紫外纳米压印装置，其特征在于：各所述导向辊均包括用于传输衬底薄膜的中间支撑部和用于固定所述中间支撑部的固定部，所述固定部位于所述中间支撑部的两端，所述中间支撑部的两端均设有呈环形且用于防止衬底薄膜在水平方向上产生偏移的挡边，所述挡边垂直于所述中间支撑部并向外延伸且所述挡边的边缘设有用于防止衬底薄膜在垂直方向上产生偏移的翻边。6.根据权利要求1所述的卷型紫外纳米压印装置，其特征在于：所述卷型紫外纳米压印装置还包括张力控制系统，所述张力控制系统包括张力控制器、张力传感器和磁粉控制器，所述张力传感器与所述张力控制器电连接，所述张力控制器与所述磁粉控制器电连接，所述磁粉控制器与所述放卷辊连接，所述张力传感器连接于相邻于所述放卷辊的所述导向辊上以检测所述衬底薄膜的实际张力并将检测值作为反馈信号反馈至所述张力控制器，...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭智婷，吴天准，杨志裕，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44