一种基于溶剂蒸发的微米级凹坑生成方法与流程

本发明涉及微纳米器件制备领域，特指一种基于溶剂蒸发的微米级凹坑的批量制备方法和工艺过程。

背景技术：

微米级凹坑是一种尺寸在几微米到几百微米的凹坑，它在细胞生长、化学微反应器、光子晶体成核以及纳米气泡液滴成核方面都有着广阔的应用前景。

目前已有多种方法用于制备微米级凹坑，如软光刻法、溶剂液滴腐蚀法以及模板法。其中软光刻法是利用微纳米透镜进行聚光，对光刻专用基底进行刻蚀。溶剂液滴腐蚀法是将特定溶剂液滴蘸到针尖，然后针尖靠近或接触聚合物薄膜表面，由于液滴的腐蚀，表面会形成一个凹坑。为得到更小尺寸的凹坑，利用溶剂置换生成纳米级液滴，纳米级的液滴腐蚀薄膜表面可得到纳米尺寸的凹坑。在模板法中，胶体颗粒、聚苯乙烯微球以及球形水滴都可以作为制备凹坑的模板。将胶体颗粒或聚苯乙烯微球置于溶解有聚合物的溶剂表面，待溶剂蒸发完毕之后，聚合物薄膜成型，胶体颗粒或聚苯乙烯微球的位置便会留下凹坑。球形水滴的方式则是通过在溶解有聚合物的溶剂表面通入水蒸汽，水蒸汽会在溶剂表面生成球形液滴，溶剂和液滴都蒸发完毕之后，能够得到表面有很多凹坑的聚合物薄膜。

综上所述，软光刻法和溶剂液滴腐蚀法都需要专用设备才能完成凹坑的制备，模板法制备凹坑简单，但其专业性强，操作复杂，制备条件相对严格，需要专业人员才能完成凹坑制备。基于溶剂蒸发制备微米级凹坑，只需将配制好的悬浊液滴在基底表面，无需额外的操作，便可自行生成微米级的凹坑。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对上述现有微米级凹坑制备技术存在的不足，提出基于溶剂蒸发的微米级凹坑制备方法和工艺过程，实现操作简单、成本低廉、高效的微纳米级凹坑制备。

为实现上述目的，本发明包括：提供一种基于溶剂蒸发的微米级凹坑制备方法，首先取一滴包含甲苯、丙酮、水以及聚苯乙烯(ps)的悬浊液(2)滴到基底(1)上；由于丙酮、甲苯和水具有不同的蒸发速率，丙酮会率先蒸发完毕，丙酮蒸发后，所述悬浊液(2)中的水会以微米级水滴(3)的形式在所述基底(1)表面生成，同时所述悬浊液(2)中的ps会溶解到甲苯中，形成甲苯-ps混合溶液(4)；此时甲苯会先于水蒸发完毕，甲苯蒸发过程中，ps会析出在所述基底(1)表面生成ps薄膜(5)，而所述微米级水滴(3)则会作为模板辅助生成微米级凹坑(6)；待所述微米级水滴(3)蒸发完毕之后，将会在ps薄膜(5)表面得到众多微米级凹坑(6)。

进一步的，所述基底(1)为亲水的玻璃或硅片。

进一步的，通过改变所述悬浊液(2)中水的比例，能够控制最终生成的所述微米级凹坑(6)的尺寸。

进一步的，通过改变所述悬浊液(2)中聚苯乙烯的比例，能够控制最终生成的所述微米级凹坑(6)的深度。

附图说明

图1为本发明凹坑制备过程示意图；

图2为本发明制备的微米级凹坑样本；

具体实施方式

为使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图对本发明作进一步详细描述。

本发明基于溶剂蒸发生成微米级凹坑，实现了简单、快速、低成本制备微米级凹坑，整个制备过程如图1所示，制备过程包括以下步骤：

步骤1：配制甲苯-聚苯乙烯混合溶液和丙酮-水混合溶液，按照特定比例将两种溶液混合成新的混合液，丙酮的加入会降低聚苯乙烯在甲苯中的溶解度，此时部分聚苯乙烯会析出形成聚苯乙烯颗粒，故所述新的混合液会以悬浊液(2)的形式存在；

步骤2：如图1(a)所示，取一滴所述悬浊液滴(2)在基底(1)上，所述基底(1)可为亲水的玻璃或硅片；此时所述悬浊液(2)会在所述基底(1)表面铺展(图1(b))；

步骤3：等待所述基底表面的所述悬浊液(2)蒸发完毕，可在生成的ps薄膜(5)表面得到众多微米级凹坑(6)。如图1(c)，在整个蒸发过程中，丙酮会率先蒸发完毕，所述聚苯乙烯颗粒会重新溶入甲苯中,此时溶液环境会变成甲苯-ps混合溶液(4)，而水与甲苯不相溶，会在所述基底(1)表面成核，形成微米级水滴(3)。如图1(d)，然后甲苯会先于水蒸发完毕，此时会在所述基底(1)表面生成ps薄膜(5)。最后，如图1(e)，当所述微米级水滴(3)蒸发完毕之后，在所述微米级水滴(3)的位置会形成所述微米级凹坑(6)。

在制备所述悬浊液(2)的过程中，通过改变水的比例和ps的比例可以对最终生成的所述微米级凹坑(6)的尺寸以及深度进行一定控制。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非用于限定本发明，本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明做出各种修饰和变动，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应视权利要求书范围限定。

技术特征：

技术总结
本发明涉及微纳器件制备技术，特指一种基于溶剂蒸发的微米级凹坑的批量制备方法，具体制备方法是：首先取一滴包含甲苯、丙酮、水以及聚苯乙烯(PS)的悬浊液滴到基底上；由于丙酮、甲苯和水具有不同的蒸发速率，丙酮会率先蒸发完毕，丙酮蒸发后，所述悬浊液中的水会以微米级水滴的形式在所述基底表面生成，同时所述悬浊液中的PS会溶解到甲苯中，形成甲苯‑PS混合溶液；此时甲苯会先于水蒸发完毕，甲苯蒸发过程中，PS会析出在所述基底表面生成PS薄膜，而所述微米级水滴则会作为模板辅助生成微米级凹坑；待所述微米级水滴蒸发完毕之后，将会在PS薄膜表面得到众多微米级凹坑。本发明制备凹坑过程非常简单，并且能够对凹坑的尺寸和深度进行一定程度的调控。

技术研发人员：王玉亮;曾炳霖
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：2018.10.10
技术公布日：2019.02.12