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刻蚀不对称微结构构筑与其各向异性性质

收藏本文 2024-03-21 点赞:16603 浏览:70893 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:纳微尺度的有序图案化材料由于其有别于宏观尺度材料的特殊物理化学性质,在许多领域展现了巨大的运用前景并且引起了人们广泛的关注。作为纳微有序图案化材料的一种,具有不对称结构的图案化材料由于其独特各向异性性质,在能量转换,微电子,化学生物传感及生物工程等领域吸引了广泛的关注。然而,该领域的许多工作目前还处于初始试验阶段,其中一个重要的理由在于不对称微结构材料的制备方面还有着成本高、设备昂贵及效率低等许多不足。由此,进展一种简单、低耗及高效的策略来实现不对称微结构材料的制备对于许多基于各向异性材料的光学和磁学器件及化学生物传感器的进一步实际运用具有非常重要的作用。在本论文中,我们以球形对称的胶体晶体出发,首先将胶体晶体辅助压印和外力诱导形变结合起来,发明了一种简单的微模塑策略,制备了具有不对称微结构的聚合物椭圆半球阵列;接下来,我们以聚合物椭圆微阵列为掩板,结合等离子刻蚀技术,制备了形貌可控的椭圆纳米柱阵列,并对其表面各向异性性质进行了初步探讨。之后我们通过倾斜蒸镀及选择性修饰的策略将椭圆硅柱阵列进行不对称表面修饰,制备了具有特殊的单向浸润性质的“两面神”硅柱阵列,利用其单向浸润性质制备了微流体孔道中的单向阀门器件,并且实现了微流体孔道中的气液分离;随后,我们将响应性聚合物分子刷引入“两面神”微结构系统中,制备了温敏的“两面神”硅柱阵列,并且将该温敏“两面神”阵列引入到微流体系统中制备了温度响应的智能开关器件;最后,我们同样以聚合物椭圆半球阵列出发,结合模板诱导去润湿发明了一种胶体晶体刻蚀策略实现了形貌可控的功能性材料的椭圆纳米环阵的构筑,由于所制备的功能性材料的椭圆阵列不对称的结构,这些阵列展现出了特殊的各向异性性质。关键词:胶体晶体刻蚀技术论文椭圆型阵列论文不对称结构论文各向异性论文微流体器件论文

    提要5-10

    第一章 绪论10-43

    第一节 微观图案化材料10-19

    1.1.1 微观图案化材料的性质及运用11-15

    1.1.1.1 光子晶体材料11-12

    1.1.1.2 等离子体晶体材料12-14

    1.1.1.3 其他功能性微观图案化材料14-15

    1.1.2 影响微观图案化材料性质的因素15-19

    1.1.2.1 阵列的周期15-17

    1.1.2.2 构筑基元的形貌17-18

    1.1.2.3 化学组成18-19

    第二节 微观图案化材料的制备策略19-33

    1.2.1 “自上而下”策略20-25

    1.2.1.1 光刻技术(Optical Lithography)20-21

    1.2.1.2 直写技术(Writing Technique)21-23

    1.2.1.3 纳米压印技术(Nanoimprint Lithography)23-24

    1.2.1.4 软光刻技术(Soft Lithography)24-25

    1.2.2 “以下而上”策略25-27

    1.2.2.1 嵌段共聚物自组装25-26

    1.2.2.2 胶体微粒自组装26-27

    1.2.3 “自上而下”与“以下而上”相结合的微加工策略27-33

    1.2.3.1 胶体晶体辅助可控沉积技术27-29

    1.2.3.2 胶体晶体辅助可控刻蚀技术29-31

    1.2.3.3 胶体晶体辅助压印技术31-32

    1.2.3.4 胶体晶体辅助去湿技术32-33

    第三节 不对称微观图案化材料及其各向异性性质33-41

    1.3.1 各向异性光学材料33-36

    1.3.2 各向异性浸润性材料36-39

    1.3.3 各向异性磁性材料39-41

    第四节 本论文的选题及设计思路41-43

    第二章 基于胶体晶体微模塑技术构筑形貌可控椭圆半球阵列43-58

    第一节 引言43-44

    第二节 实验部分44-47

    2.2.1 实验原料44

    2.2.2 实验操作44-46

    2.2.2.1 PDMS 纳米井阵列的制备44-45

    2.2.2.2 聚苯乙烯椭圆半球阵列(EHAs)的制备45-46

    2.2.2.3 其他材料椭圆半球阵列的制备46

    2.2.3 仪器表征46-47

    第三节 结果与讨论47-57

    2.3.1 二维椭圆半球阵列的制备47-49

    2.3.1.1 表面具有二维纳米井阵列的 PDMS 模板47-48

    2.3.1.2 聚苯乙烯椭圆半球阵列48-49

    2.3.2 椭圆半球阵列形貌参数的调控49-54

    2.3.2.1 椭圆半球阵列形状的调控49-51

    2.3.2.2 椭圆半球阵列长径比的调控51-52

    2.3.2.3 椭圆半球阵列高度的调控52-53

    2.3.2.4 椭圆半球阵列尺寸的调控53-54

    2.3.3 其他材料的椭圆半球阵列的制备54-56

    2.3.4 椭圆半球阵列表面的各向异性浸润性质56-57

    第四节 本章小结57-58

    第三章 各向异性椭圆硅柱阵列的构筑及其微流体单向阀门器件方面的运用58-82

    第一节 引言58-60

    第二节 实验部分60-63

    3.2.1 实验原料60

    3.2.2 实验操作60-63

    3.2.2.1 椭圆硅柱阵列的制备61

    3.2.2.2 “两面神”结构的椭圆硅柱阵列的制备61-62

    3.2.2.3 PDMS 微流体孔道的制备62

    3.2.2.4 PDMS 微流体孔道中单向阀门器件的制备62-63

    3.2.3 仪器表征63

    第三节 椭圆形硅柱阵列的构筑及其表面各向异性的探讨63-69

    3.3.1 二维椭圆硅柱阵列的制备及形貌调控63-66

    3.3.2 二维椭圆硅柱阵列的各向异性光学性质66-68

    3.3.3 二维椭圆硅柱阵列的各向异性表面浸润性质68-69

    第四节 “两面神”硅柱阵列的制备及微流体方面的运用69-81

    3.4.1 “两面神”硅柱阵列的制备69-71

    3.4.2 “两面神”硅柱阵列表面特殊的浸润性71-73

    3.4.3 基于“两面神”硅柱阵列的单向阀门器件的制备73-76

    3.4.4 基于“两面神”硅柱阵列的单向阀门器件的阀门性能探讨76-78

    3.4.5 基于“两面神”硅柱阵列的单向阀门器件的阈值压强的调节78-80

    3.4.6 单向阀门门器件在微流体孔道中中气液分离方面的运用80-81

    第五节 本章小结81-82

    第四章 温度响应的“两面神”微阵列及其微流体温敏开关器件方面的运用82-95

    第一节 引言82-83

    第二节 实验部分83-87

    4.2.1 实验原料83

    4.2.2 实验操作83-86

    4.2.2.1 原子转移自由基聚合(ATRP)引发剂的接枝83-84

    4.2.2.2 PNIPAM 的原子转移自由基聚合84-85

    4.2.2.3 温度敏感的“两面神”硅柱阵列的制备85

    4.2.2.4 PDMS 微流体孔道的制备85-86

    4.2.2.5 PDMS 微流体孔道中温敏开关的制备86

    4.2.3 仪器表征86-87

    第三节 结果与讨论87-93

    4.3.1 温度敏感“Janus”硅柱阵列87-88

    4.3.2 温敏“Janus”硅柱阵列的表面浸润性88-90

    4.3.3 温敏微流体开关器件90-92

    4.3.4 孔道中流体流动行为的光热调控92-93

    第四节 本章小结93-95

    第五章 基于胶体晶体刻蚀技术构筑形貌可控的功能性椭圆环形阵列95-110

    第一节 引言95-96

    第二节 实验部分96-98

    5.2.1 实验原料96

    5.2.2 实验操作96-98

    5.2.2.1 聚苯乙烯椭圆环阵列的制备96-97

    5.2.2.2 椭圆环形阵列结构向功能性材料的转移97-98

    5.2.3 仪器表征98

    第三节 结果与讨论98-108

    5.3.1 二维聚合物椭圆环的制备98-100

    5.3.2 二维聚合物椭圆环阵列的形貌参数的调控100-103

    5.3.2.1 椭圆环高度及宽度的调控100-101

    5.3.2.2 椭圆环长径比的调控101-102

    5.3.2.3 椭圆环尺寸的调控102-103

    5.3.3 功能性材料的椭圆环阵列的构筑103-108

    5.3.3.1 硅材料椭圆环阵列105

    5.3.3.2 金的椭圆环阵列105-106

    5.3.3.3 磁性材料的椭圆环阵列106-107

    5.3.3.4 荧光材料的椭圆环阵列107-108

    第四节 本章小结108-110

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