一种基于激光制备PDMS表面图案化皱纹装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种基于激光制备PDMS表面图案化皱纹装置，包括底座，底座顶面设有两个向上凸出且相隔一定距离的支撑块，底座上方设有丝杆以及运动台，丝杆驱动运动台配合水平滑移，运动台侧面通过连杆与夹具相连，夹具夹紧上下紧贴的PDMS板以及金属板的同一端，PDMS板放置于金属板顶面，PDMS板的另一端被压板紧固于支撑块顶端；PDMS板上方设有扫描振镜，扫描振镜与电脑服务器电连接，电脑服务器还与激光器电连接，激光器发射激光束进入扫描振镜的输入端，扫描振镜将聚焦后的激光束向下照射于PDMS板表面。本发明专利技术还提出一种使用基于激光制备PDMS表面图案化皱纹装置的方法。相对于现有技术，本发明专利技术具有工艺简单、图案化快速、简便、可操作性好以及科学环保等优点。

Device and method for preparing PDMS surface patterning Wrinkle Based on laser

The invention discloses a device for preparing patterned PDMS surface wrinkles, based on laser system comprises a base, a top surface is provided with two supporting block to protrude and separated by a certain distance, above the base is provided with a screw rod and screw rod movement, driving motion with horizontal sliding motion Taiwan Taiwan, side is connected with the connecting rod through the fixture, the same end on the PDMS close to the clamping plate and a metal plate, PDMS plate placed on the top surface of the metal plate, the other end of the PDMS plate is fastened on the top plate supporting block; scanning mirror with PDMS plate, a scanning mirror is connected with the computer server, the server computer is connected with the laser power, input laser emission the laser beam in the scanning galvanometer, scanning galvanometer laser beam after focusing on the surface of the PDMS board shining down. The invention also provides a method for preparing a PDMS surface patterning wrinkle device based on laser. Compared with the prior art, the invention has the advantages of simple process, fast patterning, simple operation, good operability, scientific and environmental protection, etc..

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光制备PDMS表面图案化皱纹装置和方法
本专利技术涉及激光微纳制造
，特别涉及一种基于激光制备PDMS表面图案化皱纹装置和方法。
技术介绍
PDMS称为聚二甲基硅氧烷，其具有良好的易加工性、生物兼容性、透光性、热稳定性、无毒以及富有弹性等特征，不但可以用于加工常规的微流控芯片，也可作为空间细胞的培养芯片的结构材料。但是光滑且未经处理的PDMS表面在应用中存在比较大的局限性，例如具有细胞无法直接在其表面黏附生产、存活率差以及生长方向随机性等缺点。表面皱纹技术由于具有形貌和尺度易于调控、构筑方法简易多样等优点，已经被应用于微流控、超疏水表面、薄膜材料力学测量、细胞定向生长等
中，因此通过在PDMS表面制备相应的皱纹结构，可进一步扩宽PDMS的应用范围。目前，大部分学者认为表面起皱是应力进行释放的结果，压缩应力的产生源自于软硬复合体系在受到外界的刺激后，基底层与表面薄层物理性不相匹配。根据软硬符合体系所受到的外界刺激种类不同，诱导皱纹的方式可分为：机械拉伸法、溶剂溶胀诱导以及其他诱导方式。其中，机械拉伸法是通过对软硬复合膜施加拉伸/压缩，由于软硬层弹性模量的不同，界面间生产压缩应力，并最终形成皱纹。在实验中，一般采用对PDMS基底薄膜预拉伸方式诱导表面起皱。首先将PDMS薄膜进行预拉伸，然后通过薄膜转移或氧等离子/紫外臭氧处理等方式在基底表面形成硬层，膜表面的硬层，膜表面的硬层则处于自然状态，而基层处于预拉伸的状态，最后当基底的预拉伸应变缓慢释放时，表面处于自然状态的薄膜受到基底的压缩应力作用，并且由于软硬层弹性模量不相匹配，最终薄膜表面形成条纹状皱纹形貌，其中条纹方向与拉伸方向相互垂直。加热诱导法是利用加热的方式诱导软硬复合膜表面发生起皱的方法，在加热后进行冷却的过程中，由于基底和表面薄层的热膨胀系数不同，软硬层界面间产生压缩应力，从而在薄膜表面形成皱纹形貌。而溶剂溶胀诱导法与加热诱导类似，溶剂溶胀诱导是指将软硬复合薄膜浸入有机溶剂或者有机溶剂蒸汽中诱导表面起皱的方法，其界面间受到的压缩应力源于软硬层对溶剂的溶胀系数不同。现有技术中，机械拉伸法主要通过对拉伸后的PDMS表面发生变化，使表面形成硬层，最后PDMS收缩回原来的状态从而产生表面皱纹；加热诱导法同样是通过蒸镀或旋涂等方式在PDMS表面形成金属硬层，再进行一定的温度加热。因为PDMS本身具备较软的弹性，金属硬层/PDMS软层由于热膨胀系数不同导致表面形成的皱纹是无序的，需要在PDMS模板上预先制备好一定的规则图案，最后皱纹的产生才会受到图案约束而发生取向性变化。而溶剂溶胀诱导同样是通过一系列的化学交联反应在PDMS表面形成硬质层，再浸泡在有机溶剂或有机蒸汽中，利用复合硬/软层受到溶剂溶胀程度不同从而诱导起皱。无论是机械拉伸法、加热诱导法还是溶剂溶胀诱导法，都要首先在PDMS表面制备出硬层，而制备硬层的方法都是以化学反应或者蒸镀为主，并且由于所制备的皱纹为微纳米尺度，因此具有明显的工艺复杂、可控性差、局限于大面积制备等缺点，而需要进行小面积图案化制备皱纹结构时，需要加上掩膜板，因此对于掩膜板的图案精度作出一定的精度要求。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提出一种工艺简单、图案化快速、简便、可操作性好以及科学环保的基于激光制备PDMS表面图案化皱纹装置，本专利技术还提出一种使用基于激光制备PDMS表面图案化皱纹装置的方法，旨在简化PDMS板表面加工的工艺步骤、提高生产效率和加工精度以及避免环境污染等技术问题。为实现上述目的，本专利技术提出的一种基于激光制备PDMS表面图案化皱纹装置，包括底座，所述底座顶面设有两个向上凸出且相隔一定距离的支撑块，所述底座上方设有水平设置且穿过两个所述支撑块的丝杆以及运动台，所述丝杆驱动所述运动台配合水平滑移，所述运动台的侧面通过连杆与夹具相连，所述夹具夹紧上下紧贴的PDMS板以及金属板的同一端，所述PDMS放置于所述金属板顶面，所述PDMS板的另一端被压板紧固于支撑块顶端；所述PDMS板上方设有扫描振镜，所述扫描振镜与电脑服务器电连接，所述电脑服务器还与激光器电连接，所述激光器发射激光束进入所述扫描振镜的输入端，所述扫描振镜将聚焦后的激光束向下照射，透过所述PDMS板并照射于所述金属板顶面。优选地，所述运动台顶面与拉力测量仪底面固定相连，所述拉力测量仪的拉力测试端与所述连杆一端相连。优选地，所述激光器向所述扫描振镜进行激光传输的路径中设有两个反光面相对且平行的反光镜，所述反光镜的反光面对激光束反射。优选地，所述压板通过螺栓将所述PDMS板一端夹紧固定于所述支撑块顶端。优选地，所述夹具为U型夹，所述夹具通过螺栓调整上夹板和下夹板对所述PDMS板以及所述金属板的夹紧作用力。优选地，相邻两个支撑块的相对侧面分别与滑杆相连，所述运动台穿过所述滑杆以水平滑动。本专利技术还提出一种使用所述基于激光制备PDMS表面图案化皱纹装置的方法，包括以下步骤：1)将所述PDMS板以及所述金属板的同一端通过所述夹具夹紧固定，将所述PDMS块的另一端夹紧固定于所述支撑块顶端，旋转所述丝杆以将所述运动台移动并将所述PDMS块拉紧；2)所述电脑服务器控制所述激光器向所述扫描振镜的光束输入端发出激光束，所述扫描振镜的激光束输出端向所述PDMS板发出聚焦后的激光束，激光束透过所述PDMS板后照射于所述金属板顶面；3)待所述PDMS板与所述金属板贴紧的表面温度冷却后，调整所述丝杆以松开所述夹具对所述PDMS板的拉紧以及夹紧，使得所述PDMS板收缩获得表面皱纹结构。本专利技术技术方案通过激光诱导金属产生高温传递至PDMS板表面，使PDMS板表面的物理特性(如弹性模量、泊松比)等发生改变，从而在PDMS板内部形成软/硬的复合层，同时通过电脑服务器绘制相应图案路径控制扫描振镜的光路运动，从而可快速、简便地实现制备图案化分布的皱纹结构。与现有技术相比，本专利技术技术方案通过PDMS板预拉伸后，利用激光作用于金属板产生局部高温直接传递至PDMS板表面，待冷却后释放拉力而使得PDMS板恢复至自然状态后，便可形成皱纹结构，通过控制预拉力大小、激光光斑大小以及激光能量便可实现皱纹结构尺寸的变化，因此本专利技术技术方案具有工艺简单优点。同时，本专利技术技术方案中的激光经过滤波和聚焦后的光斑很小，可达到微米甚至纳米尺寸精度。通过电脑服务器绘制图案路径控制扫描振镜的光路运动，便可实现图案化分布制备皱纹结构，因此具有图案化快速、简便以及操作性好的优点。另外，本专利技术技术方案相对于传统工艺技术，可直接在空气中进行加工，不会产生有害气体或者有害废料，从而符合科学环保以及可持续发展的趋势。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。图1为本专利技术基于激光制备PDMS表面图案化皱纹装置的结构示意图；图2为本专利技术实施例中PDMS板的加工效果图；图3为图2中A处的局部放大图。附图标号说明：标号名称标号名称1底座8PDMS板101支撑块9金属板2丝杆10扫描振镜3滑杆11反本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于激光制备PDMS表面图案化皱纹装置，其特征在于，包括底座，所述底座顶面设有两个向上凸出且相隔一定距离的支撑块，所述底座上方设有水平设置且穿过两个所述支撑块的丝杆以及运动台，所述丝杆驱动所述运动台配合水平滑移，所述运动台的侧面通过连杆与夹具相连，所述夹具夹紧上下紧贴的PDMS板以及金属板的同一端，所述PDMS放置于所述金属板顶面，所述PDMS板的另一端被压板紧固于支撑块顶端；所述PDMS板上方设有扫描振镜，所述扫描振镜与电脑服务器电连接，所述电脑服务器还与激光器电连接，所述激光器发射激光束进入所述扫描振镜的输入端，所述扫描振镜将聚焦后的激光束向下照射，透过所述PDMS板并照射于所述金属板顶面。

【技术特征摘要】
1.一种基于激光制备PDMS表面图案化皱纹装置，其特征在于，包括底座，所述底座顶面设有两个向上凸出且相隔一定距离的支撑块，所述底座上方设有水平设置且穿过两个所述支撑块的丝杆以及运动台，所述丝杆驱动所述运动台配合水平滑移，所述运动台的侧面通过连杆与夹具相连，所述夹具夹紧上下紧贴的PDMS板以及金属板的同一端，所述PDMS放置于所述金属板顶面，所述PDMS板的另一端被压板紧固于支撑块顶端；所述PDMS板上方设有扫描振镜，所述扫描振镜与电脑服务器电连接，所述电脑服务器还与激光器电连接，所述激光器发射激光束进入所述扫描振镜的输入端，所述扫描振镜将聚焦后的激光束向下照射，透过所述PDMS板并照射于所述金属板顶面。2.如权利要求1所述的基于激光制备PDMS表面图案化皱纹装置，其特征在于，所述运动台顶面与拉力测量仪底面固定相连，所述拉力测量仪的拉力测试端与所述连杆一端相连。3.如权利要求1所述的基于激光制备PDMS表面图案化皱纹装置，其特征在于，所述激光器向所述扫描振镜进行激光传输的路径中设有两个反光面相对且平行的反光镜，所述反光镜的反光面对激光束反射。4.如权利要求1所述的基于激光制备PDMS表面图案化皱...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭钟宁，洪文生，邓宇，麦文豪，张会寅，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44