[发明专利]一种制备图形化的柔性或刚性衬底的方法

说明书

技术领域

本发明属于表面图形化领域，特别涉及一种制备图形化的柔性或刚性衬底的方法。

背景技术

各类衬底在材料、电子、环境、建筑等工程应用领域广泛应用。衬底作为加工的初始材料，之后附加的功能材料黏附其上进行后续加工，因此衬底起到支撑的机械作用。根据加工产品不同，选择合适的物理、化学性质的衬底，比如，在IC产业中，广泛选用半导体硅进行电子器件的生产。

按照衬底的机械特性，可以分为柔性及刚性衬底。柔性衬底包括各类聚合物衬底，比如PET、PEN、PC、PVC、PI、金属等，刚性衬底包括硅、石英、SiC、GaAs等。柔性衬底由于其可重复弯折的特性，在一些新兴领域获得了广泛应用。柔性聚合物衬底由于在高温下发生软化变形，因而限制了其进一部应用；而柔性金属衬底由于金属材料的导电性，应用也被限制在某些简单领域。

功能陶瓷材料则通常具有高熔点、高硬度、低电导、高弹性模量、化学稳定以及低延展性等特点，部分材料具有压电、超导等特性。由于可选基础元素广，工业上和实验室都合成了各式各样的具有不同特性的功能陶瓷材料。这些材料可以很方便的分为结构陶瓷、耐火陶瓷、器具、技术陶瓷。

根据材料种类的不同，传统的刚性陶瓷衬底的制备方法包括熔融、升华、切割、抛光等工艺，流程复杂。而且按照传统方法制备的衬底材料种类有限，根据不同材料要选择不同的工艺、设备，因而成本较高。柔性陶瓷衬底继承了陶瓷材料本身的特定，因而在工程技术领域存在潜在广阔的应用前景。

陶瓷薄膜在工程技术领域具有广泛的应用，比如在固态燃料电池中作为渗透膜，以及在污水处理、食品工程领域作为过滤膜。作为独立的薄膜，陶瓷材料可以用在MEMS器件以及传感器等领域，作为敏感元件。

传统技术方法获得的衬底表面都是平整的，如果要对衬底图形化，需要进一步复杂的工艺。由于陶瓷材料本身的化学惰性，传统加工方法中涉及化学方法进行的加工工艺通常难以进行。

现有技术无法获得的同时具有图形化表面且具有柔性特征的陶瓷衬底，衬底材料种类有限，根据不同材料，需要换用一整套技术方案，因而工艺复杂、成本高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种将陶瓷纳米压印胶(陶瓷前驱体)通过合适的纳米压印策略，制备图形化或表面前驱体，将该前驱体烧结，获得柔性或者刚性的陶瓷衬底。

为达上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种制备图形化的柔性或刚性衬底的方法，包括如下步骤：

(1)将纳米压印胶涂布到衬底上；

(2)使用柔性或者刚性模板利用纳米压印技术对纳米压印胶进行图形化，然后冷却脱模，并将压印后的纳米压印胶与衬底分离；

(3)将图形化后的纳米压印胶溶剂挥发后烧结。

利用纳米压印技术，以不同的策略，对陶瓷纳米压印胶进行图形化。利用热塑纳米压印技术，在高温下，聚合物发生软化，具有流动性，因此在模板压力条件下，压印胶能够反向复制模板的图形。热塑纳米压印技术示意图见图1。

由于陶瓷纳米压印胶的特殊性，对该胶图形化可以有更多的异于传统的策略。首先，由于该压印胶有少量溶剂，使其在常温甚至更低的温度便具有流动性，因此压印可以在更低的温度进行，而不是传统的要高于聚合物的玻璃转化温度。其次，可以使用聚合物柔性模板对该压印胶进行图形化，而异于传统压印使用的柔性镍或者PDMS模板。衬底可以选择柔性的或者刚性的，柔性衬底在压印完成后易于与压印胶进行分离。

纳米压印是一种众所周知的技术。我们通过改变衬底的机械性能(使用柔性或者刚性的衬底)和压印模板的机械性能(使用柔性或者刚性的模板)，来得到理想的结果。此步骤为标准热塑纳米压印步骤。本领域技术人员可以理解步骤中重要参数并对工艺进行相应的优化。两个重要的参数是压印时温度和对模板施加的压强。更高的温度、更高的压强在压印之后将获得更薄的压印胶，技术人与可以根据需求选取合适的参数。

本发明中使用的纳米压印胶为申请号为201610685050.7的发明“一种功能陶瓷材料表面图形化的方法”中制得的纳米压印胶，或者与之类似的纳米压印胶。

作为优选，步骤(1)中所述涂布通过旋涂、喷涂或者刮涂进行。

衬底可以选择刚性的或柔性的衬底，所述衬底为Si、玻璃、石英、PET、PMMA或PC。优选地，选择柔性的衬底。为便于后面步骤中压印胶与衬底分离更容易，优选可以对衬底进行标准的防粘处理，如旋涂特氟龙涂层等，或者可以选用超薄柔性衬底，利用其柔性使压印胶和柔性衬底更容易分离。