原创一种固有各向异性表面润湿模式的封闭蚀刻策略

 2023-3-24 10:56  1204 26 26 分类: 处理器与DSP

引言
各向异性功能图形表面在微流体、生物医学和光电子学等领域得到了重要的应用。然而，表面图案在很大程度上依赖于高端设备和昂贵的模具/掩模和光阻剂。聚合物的分解行为在材料科学中得到了广泛的研究，但由于产生的化学和物理结构变化很少被认为是润湿性操作的机会。在这里，报道了一个简单的无掩模限制蚀刻策略的内在可湿性表面图案。通过印刷技术，表面润湿状态被调节，使化学蚀刻的设置位置和复杂图案的高效制造。值得注意的是，所创建的各向异性模式可用于实现水响应性信息的存储和加密，以及制造柔性电极。（江苏英思特半导体科技有限公司）
实验
在这里，我们报告了一种简单和快速的无掩模蚀刻方法，通过控制材料表面的有限分解来精确的表面图案化（图1）。通过一种通用的打印技术和随后的位置限制化学蚀刻，制作了分辨率为200 μm的内在、复杂和准确的图案（如QR码）。特别地，建立了用于信息存储和加密的蚀刻处理窗口。按照设计的模式/信息可以隐藏在胶片中，但在暴露于外部刺激（例如，水/水分）后读取。由于金属导体在可湿模式中的选择性生长，也可以制造具有所需风格的柔性电子产品。这种无掩模和简单的方法在从各种聚合物材料中大量生产精确的功能模式方面显示出了巨大的潜力。（江苏英思特半导体科技有限公司）
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图1具有各向异性润湿性的精确图案的制作策略。
首先，根据我们之前的工作，用呼吸图形法9,48制备了一种微孔三乙酸纤维素（CTA）薄膜。图1a和补充图1a分别显示了所制备的微孔膜的典型顶部和横截面扫描电镜图像。表面呈现明显的三维蜂窝状（HC）微孔结构，顶部为薄单层，水接触角（WCA）为87±3.9°（5 μl液滴体积）。将HC薄膜浸入5M氢氧化钠水溶液中3小时后，所得到的薄膜的透明度明显增加（图2b）。从处理后的膜的扫描电镜图像（图2b和补充图1b），顶部单层消失，暴露的微孔出现粗糙的结构。同时，表面的WCA显著降低到22°。更有趣的是，如果预先用乙醇对HC膜进行预润湿，只有30s的碱性处理也能达到同样的效果（图2c）。相比之下，仅在5M氢氧化钠水溶液中处理30 s的非预湿HC薄膜的微观结构、不透明度和WCA值几乎没有变化（图2d）。如图2e所示，与原始HC薄膜相比，两种蚀刻样品（非预湿HC3小时处理和预湿HC30s处理）在~1737cm−1（C=O）和~3331cm−1（-OH）处的吸光度增强，表明蚀刻多孔结构的形成是由于CTA49-52的碱基催化去乙酰化。同时，微观结构的改变和暴露的-OH基团有助于提高亲水性。相比之下，C=O和-OH基团几乎不变的峰表明，在非预润湿的情况下，没有去乙酰化，而只有30-s的碱性处理。（江苏英思特半导体科技有限公司）
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图2可调NaOh蚀刻。一个原始HC表面的扫描电镜图像和水接触角（WCA）。
结论
基于氢氧化钠水溶液中HC表面的去乙酰化作用，通过喷墨打印辅助的表面蚀刻方法，可以很容易地、快速地制备出固有的可湿性图案。通过调节氢氧化钠的浓度和蚀刻时间，可以准确地控制其形态和润湿性。在印刷技术的基础上，准确地描绘了复杂的图案。具有选择性润湿性，模式信息可以存储和加密在纤维素膜上；一旦暴露在水等外部刺激下，就可以读取加密密钥。此外，这种方法也可用于制备功能材料，例如柔性电子器件。制备的银电极具有高电导率（63.9×106Scm−1）和抗弯曲变形能力。这项工作提供了一种可扩展的表面可湿图案策略，但材料基底需要三种要求：(1)可以对基底表面进行化学反应/处理（包括化学降解、分解甚至偶联）；(2)基底表面可以用油墨书写，并且可以很好地保持油墨图案；此外，在这项工作中的油墨是水溶性的，以允许快速氢氧化钠水溶液进入微孔。在未来，预计会有更多的油墨（例如，通过油油墨）被发现并用于（超级）疏水基质。我们相信这种无掩模和简单的策略可以应用于更多的材料表面，为广泛的应用带来更多的机会。（江苏英思特半导体科技有限公司）<div style="text-align: left;"> </div>