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聚二甲基硅氧烷(PDMS)是一種有機(jī)硅聚合物,俗稱硅橡膠。由于PDMS具有很多優(yōu)點(diǎn),因此近年來應(yīng)用越來越廣泛,尤其被用來制造各種微納米器件。例如,由于PDMS價(jià)格低廉、透光性好以及生物相容性好,且易于采用澆注成型等方法進(jìn)行微納米溝道的制作,PDMS已成為微流控芯片最常用的一種加工材料。再如,由于PDMS具有良好的柔性和可延展性,PDMS也常被用來作為各種柔性電子器件的基底材料。

在制造各種PDMS微納米器件的過程中,往往需要先在PDMS基片表面進(jìn)行光刻膠的圖形化,然后對(duì)PDMS基片進(jìn)行各種微加工,或者在PDMS表面利用剝離等工藝制作金屬微結(jié)構(gòu)。

然而,由于PDMS表面潤(rùn)濕性差、熱膨脹系數(shù)大等特點(diǎn),導(dǎo)致在其表面很難采用標(biāo)準(zhǔn)的光刻工藝進(jìn)行光刻膠的圖形化,光刻膠往往會(huì)出現(xiàn)裂紋等缺陷。因此需要對(duì)PDMS表面進(jìn)行改性，來提高其表面的潤(rùn)濕性能。

材料表面改性處理技術(shù)是當(dāng)前材料學(xué)科研究的前沿領(lǐng)域,在過去的幾十年中,已經(jīng)廣泛使用各種改性技術(shù)(例如化學(xué)處理和蝕刻、臭氧處理、紫外線輻射和等離子體處理)來定制材料表面特性。對(duì)比不同改性技術(shù)的處理速度、均勻性、化學(xué)靈活性和對(duì)環(huán)境的影響,可知等離子表面改性處理是目前材料學(xué)研究領(lǐng)域中最具前景的技術(shù)之一,等離子體表面改性技術(shù)通過在一些表面性能較差的材料表面上結(jié)合各種官能團(tuán)來對(duì)材料進(jìn)行改性處理,以提高它們表面的濕潤(rùn)性,粘附性和生物活性反應(yīng),等離子體處理通常只對(duì)材料進(jìn)行表面的改性,而不會(huì)改變它們的整體性能

PDMS表面氧等離子體處理提高親水潤(rùn)濕性能

在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn),光刻膠無法均勻地旋涂在未經(jīng)過任何處理的PDMS基片表面,光刻膠不能夠形成一個(gè)完整的薄膜,如圖1(a)所示。這主要是由于PDMS的表面潤(rùn)濕性差,導(dǎo)致光刻膠無法有效地在PDMS表面均勻鋪展。因此,為了提高PDMS的表面潤(rùn)濕性,在旋涂光刻膠之前,采用氧等離子體對(duì)PDMS基片表面進(jìn)行改性處理。如圖1(b)所示,在經(jīng)過氧等離子體改性處理后的PDMS基片表面,光刻膠能夠均勻地旋涂,形成一個(gè)完整的薄膜。

圖1 PDMS基片表面旋涂的光刻膠

接觸角可以衡量一個(gè)表面的潤(rùn)濕性,為了研究氧等離子體處理對(duì)于PDMS基片表面潤(rùn)濕性的影響,利用一臺(tái)光學(xué)接觸角測(cè)量?jī)x,分別對(duì)等離子體改性處理前的PDMS基片和改性處理后的PDMS基片表面進(jìn)行接觸角測(cè)量。

測(cè)試用的PDMS基片外形尺寸均為25mm×25mm×1mm,隨機(jī)選取了3片PDMS基片。在每片PDMS基片表面的3個(gè)不同位置,分別進(jìn)行了接觸角測(cè)量,所有測(cè)量數(shù)據(jù)如表1所示?？梢钥闯?等離子體改性處理前的PDMS表面為疏水性表面,其接觸角平均值為111.03°,經(jīng)過很長(zhǎng)時(shí)間,水滴仍然無法在其表面鋪展,如圖2(a)所示。然而,經(jīng)過氧等離子體改性處理后,PDMS表面由疏水性表面變?yōu)榱擞H水性表面,其接觸角平均值減小到了29.50°,水滴瞬間便會(huì)在PDMS表面鋪展開來(圖2(b))。

PDMS基片氧等離子處理前后水滴角對(duì)比

可見,氧等離子體改性處理的確可以非常有效地提高PDMS表面的親水潤(rùn)濕性,從而使得光刻膠可以均勻地旋涂在PDMS基片表面,形成完整的光刻膠薄膜。