專利名稱：納米級(jí)微孔模具的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微孔模具的制造方法，尤其涉及一種納米級(jí)微孔模具的 制造方法。
背景技術(shù)：
隨著量子物理和量子化學(xué)的完善以及世界納米技術(shù)的研究和進(jìn)步，構(gòu)造 物質(zhì)的基本模塊可以達(dá)到單個(gè)原子的水平，原子可以按照一定的路徑組裝成 納米級(jí)的材料，這種類型的制造稱為納米制造?，F(xiàn)今模具制造向大型和超精微加工兩方面發(fā)展在大型加工方面，例如制造汽車、飛機(jī)用大型整體壁板 的扁擠壓模具，已經(jīng)形成比較成熟的制造工藝；而在超精微加工方面，納米 產(chǎn)品需求成幾何級(jí)上升，如何應(yīng)用先進(jìn)的納米制造技術(shù)于模具制造，使得超 精微加工形成產(chǎn)業(yè)化并與全球模具先進(jìn)技術(shù)同步是模具行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。理論上，納米技術(shù)可廣泛應(yīng)用于加工方面。目前已經(jīng)提出基于納米組裝 的納米加工方式，以實(shí)現(xiàn)納米產(chǎn)品自動(dòng)化、產(chǎn)業(yè)化。這種加工方式設(shè)想按照 產(chǎn)品的形狀進(jìn)行分子排列，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)模生產(chǎn)方式。然而，該方法實(shí)際上并 不可行，因?yàn)槟壳皩?duì)分子的排列采用的主要是掃描隧道顯微鏡(Scanning Tunnelling Microscopy, STM)或原子力顯微鏡(Atomic Force Microscopy, AFM)，其操作精細(xì)，成本太高，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模制造納米產(chǎn)品。因此，確有必要提供一種適用于大規(guī)模制造納米產(chǎn)品的納米級(jí)微孔模具 的制造方法。發(fā)明內(nèi)容以下，將以若干實(shí)施例說(shuō)明 一種適用于大規(guī)模制造納米產(chǎn)品的納米級(jí)微 孔模具的制造方法。一種納米級(jí)微孔模具的制造方法，其包括以下步驟提供多個(gè)碳納米管； 在所述多個(gè)碳納米管至少一末端形成一保護(hù)層；向所述形成有保護(hù)層的碳納 米管中注入基體溶液或熔融液，并使其固化；除去保護(hù)層，形成碳納米管和
基體的復(fù)合結(jié)構(gòu)；以及去除碳納米管，形成納米級(jí)微孔模具。
該多個(gè)碳納米管為采用化學(xué)氣相沉積法、等離子輔助化學(xué)氣相沉積法或 等離子輔助熱絲化學(xué)氣相沉積法制得的碳納米管陣列。 該碳納米管陣列形成于 一襯底上。
該保護(hù)層的形成進(jìn)一步包括以下步驟提供一形成有壓敏膠層的承載基 底；將形成有壓敏膠層的一面壓在碳納米管陣列遠(yuǎn)離襯底的末端形成一保護(hù) 層，而碳納米管陣列的襯底本身作為另一保護(hù)層。
該保護(hù)層的形成進(jìn)一步包括以下步驟提供一形成有壓敏膠層的承載基 底；將形成有壓敏膠層的一面壓在碳納米管陣列遠(yuǎn)離襯底的末端形成一保護(hù) 層；將襯底揭去；提供另一形成有壓敏膠層的承載基底，并將該另一壓敏膠 層壓在碳納米管陣列揭去襯底的 一端形成另 一保護(hù)層。
該承栽基底為一聚酯片。
該保護(hù)層的厚度為0.05毫米。
在向所述形成有保護(hù)層的碳納米管中注入基體溶液或熔融液前，進(jìn)一步 包括一預(yù)先抽真空的步驟。
所述保護(hù)層的去除方法包括以下步驟揭去承栽基底，用二曱苯、乙酸 乙脂或石油醚溶解去除壓敏膠。
所述碳納米管可采用強(qiáng)酸性或強(qiáng)氧化性的溶劑腐蝕去除，形成納米級(jí)微
孔模具。
所述碳納米管的去除進(jìn)一步包括以下步驟采用質(zhì)量百分比濃度比為 3:1的濃石充酸與濃硝酸的混合溶液，在環(huán)境溫度60攝氏度時(shí)回流于上述碳納 米管和基體的復(fù)合結(jié)構(gòu)約30分鐘至2小時(shí)，利用強(qiáng)酸溶劑的腐蝕作用去除 碳納米管。
該基體材料為聚四氟乙烯、硅橡膠、聚酯、聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚乙 晞、聚丙烯、環(huán)氧樹(shù)脂、聚碳酸酯、聚曱醛或聚縮醛。
相較于現(xiàn)有技術(shù)，所述的納米級(jí)微孔模具的制造方法制程簡(jiǎn)單，操作容 易，成本低，易于大規(guī)模實(shí)際應(yīng)用。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例納米級(jí)微孔模具的制造方法的流程示意圖。
圖2為本發(fā)明實(shí)施例納米級(jí)微孔模具的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3為本發(fā)明實(shí)施例納米級(jí)微孔模具的應(yīng)用示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一 步的詳細(xì)說(shuō)明。
請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明實(shí)施例納米級(jí)微孔模具10的制造方法主要包括以 下幾個(gè)步驟
(一) 提供多個(gè)碳納米管14。
本實(shí)施例中多個(gè)碳納米管14可選擇為多壁或單壁碳納米管陣列，其可 采用化學(xué)氣相沉積法、等離子輔助化學(xué)氣相沉積法或等離子輔助熱絲化學(xué)氣 相沉積法制得，因而，多個(gè)碳納米管14通常形成于襯底12上，且該襯底12 可輕易揭掉，而不影響碳納米管的陣列性。
本實(shí)施例碳納米管陣列生長(zhǎng)方法包括首先在一硅襯底12表面涂覆一 約5納米厚度的金屬鐵催化劑層；在300。C溫度下在空氣中進(jìn)行熱處理；然 后在700C溫度下，在硅襯底12上化學(xué)氣相沉積生長(zhǎng)碳納米管陣列，該陣列 中碳納米管14的直徑范圍為1 100納米。
(二) 在所述碳納米管14至少一末端形成一保護(hù)層16。 首先在一承載基底162上均勻涂抹一層壓敏膠164;然后將壓敏膠164
壓在遠(yuǎn)離硅襯底12的多個(gè)碳納米管14末端，即形成一端覆蓋有保護(hù)層16(包 括承載基底162和壓敏膠164)的碳納米管14,此時(shí)，硅襯底12本身可作為 碳納米管14的另一保護(hù)層。另外，本實(shí)施例中也可在碳納米管14兩端均形 成保護(hù)層16，具體地，可進(jìn)一步將硅襯底12揭掉之后，再重復(fù)上述步驟， 使硅襯底12揭掉后露出的碳納米管14的末端也覆蓋保護(hù)層16,該保護(hù)層 16同樣包括壓敏膠164和承載基底162,從而形成兩末端分別覆蓋保護(hù)層16 的碳納米管14。本實(shí)施例中，上述承載基底162可采用聚酯片，壓敏膠164 可采用由撫順輕工業(yè)所生產(chǎn)的YM881型壓敏膠。另外，本實(shí)施例中保護(hù)層 16厚度優(yōu)選為0.05毫米。
(三) 在所述形成有保護(hù)層16的多個(gè)碳納米管14間注入基體18溶液 或熔融液，并使其固化。
將經(jīng)過(guò)步驟(二 )處理的碳納米管14浸入基體18溶液或熔融液中，或
將基體溶液或基體熔融液注入兩端形成有保護(hù)層16的碳納米管14中，然后 將其在真空下固化或凝固24小時(shí)，獲得注有基體18的碳納米管14。其中， 基體18選擇為能耐強(qiáng)酸腐蝕的高分子化合物，具體可選自聚四氟乙烯、硅 橡膠、聚酯、聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯、聚丙烯、環(huán)氧樹(shù)脂、聚碳酸酯、 聚甲醛、聚縮醛等高分子材料。本實(shí)施例中優(yōu)選為聚四氟乙烯。
另外，本實(shí)施例步驟(三)可進(jìn)一步包括一預(yù)先抽真空的步驟，可通過(guò) 預(yù)先將該形成有保護(hù)層16的多個(gè)碳納米管14做抽真空處理約30分鐘，以 排出多個(gè)碳納米管14間的空氣，有利于基體18溶液或熔融液注入。
(四) 除去保護(hù)層16。
保護(hù)層16中的承載基底162可直接揭去，然后壓敏膠164可以溶解去 除，如采用二曱笨、乙酸乙脂或石油醚溶解。另外，本實(shí)施例中以生長(zhǎng)碳納 米管14的硅襯底12作為的保護(hù)層可直接揭去。此時(shí)，露出基體18的第一 表面182和與其相對(duì)的第二表面184，而且原來(lái)被保護(hù)層16所覆蓋的碳納米 管14的兩末端也露出，并分別伸出基體18的兩表面182、 184。因而，除去 保護(hù)層16后所形成的是兩末端露出基體18表面的碳納米管14和基體18的 復(fù)合結(jié)構(gòu)。
(五) 腐蝕去掉上述復(fù)合結(jié)構(gòu)中的碳納米管14。
本實(shí)施例采用強(qiáng)酸性或強(qiáng)氧化性的溶劑腐蝕去除上述復(fù)合結(jié)構(gòu)中的碳 納米管14。優(yōu)選地，本實(shí)施例采用質(zhì)量百分比濃度比為3:1的濃石克酸與濃硝 酸的混合溶液，在環(huán)境溫度60攝氏度時(shí)回流于上述碳納米管14和基體18 的復(fù)合結(jié)構(gòu)約30分鐘至2小時(shí)，利用強(qiáng)酸溶劑的腐蝕作用去除復(fù)合結(jié)構(gòu)中 的碳納米管14。腐蝕掉碳納米管以后，具有耐強(qiáng)酸腐蝕的基體18留下來(lái)形 成一納米級(jí)微孔模具10。
請(qǐng)參閱圖2，本發(fā)明實(shí)施例制造的納米級(jí)微孔模具10，包括一基體18， 該基體18為一薄膜，其進(jìn)一步包括一第一表面182及與第一表面182相對(duì) 的第二表面184。該基體18內(nèi)分布有多個(gè)相互平行排布的納米級(jí)的通孔186。 該多個(gè)通孔186基本垂直于基體18的第一表面182及第二表面184,且沿第 一表面182向第二表面184延伸貫穿整個(gè)基體18。本實(shí)施例中，該通孔186 的孔洞半徑為10~100納米，通孔186之間的間距為20 200納米，該納米級(jí) 微孔模具10的厚度為0.1 1毫米。
請(qǐng)參閱圖3，為本實(shí)施例制造的納米級(jí)微孔模具10的應(yīng)用示意圖。本 實(shí)施例的納米級(jí)微孔模具10可用于制造其他材料的納米級(jí)陣列。首先，在上述納米級(jí)微孔模具10中填充一待形成納米級(jí)陣列的材料， 本實(shí)施例以金為例。其次，去除上述納米級(jí)微孔模具10,即形成該材料的納米級(jí)的陣列20。本實(shí)施例中，該納米級(jí)微孔模具IO為高分子材料，可通過(guò)化學(xué)腐蝕、 高溫煅燒等方法去除該納米級(jí)微孔模具10,形成納米級(jí)的金陣列20。另外，本實(shí)施例納米級(jí)微孔模具IO還可應(yīng)用于壓印技術(shù)，在材料表面 形成納米級(jí)的表面凸起結(jié)構(gòu)。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)施例納米級(jí)微孔模具的制造方法由于使用了碳納 米管陣列來(lái)作為母板，碳納米管的高定向性得到了保留，并且通過(guò)控制碳納 米管催化劑的排列，可以得到不同排列規(guī)則的孔洞，達(dá)到精確控制孔洞位置 的目的，提高了模具的有序性和可控制性。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可在本發(fā)明精神內(nèi)做其他變化，當(dāng)然，這些依 據(jù)本發(fā)明精神所做的變化，都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種納米級(jí)微孔模具的制造方法，其包括以下步驟提供多個(gè)碳納米管；在所述多個(gè)碳納米管至少一末端形成一保護(hù)層；向所述形成有保護(hù)層的碳納米管中注入基體溶液或熔融液，并使其固化；除去保護(hù)層，形成碳納米管和基體的復(fù)合結(jié)構(gòu)；以及去除碳納米管，形成納米級(jí)微孔模具。
2. 如權(quán)利要求l所述的納米級(jí)微孔模具的制造方法，其特征在于，該多個(gè)碳 納米管為采用化學(xué)氣相沉積法、等離子輔助化學(xué)氣相沉積法或等離子輔助 熱絲化學(xué)氣相沉積法制得的碳納米管陣列。
3. 如權(quán)利要求2所述的納米級(jí)微孔模具的制造方法，其特征在于，該碳納米 管陣列形成于一襯底上。
4. 如權(quán)利要求3所述的納米級(jí)微孔模具的制造方法，其特征在于，該保護(hù)層 的形成進(jìn)一步包括以下步驟提供一形成有壓敏膠層的承載基底；將形成 有壓敏膠層的一面壓在碳納米管陣列遠(yuǎn)離襯底的末端形成一保護(hù)層，而碳 納米管陣列的襯底本身作為另 一 保護(hù)層。
5. 如權(quán)利要求3所述的納米級(jí)微孔模具的制造方法，其特征在于，該保護(hù)層 的形成進(jìn)一步包括以下步驟提供一形成有壓敏膠層的承載基底；將形成 有壓敏膠層的一面壓在碳納米管陣列遠(yuǎn)離襯底的末端形成一保護(hù)層；將襯 底揭去；提供另一形成有壓敏膠層的承載基底，并將該另一壓敏膠層壓在 碳納米管陣列揭去襯底的 一 端形成另 一 保護(hù)層。
6. 如權(quán)利要求4或5所述的納米級(jí)微孔模具的制造方法，其特征在于，該承載 基底為一聚酯片。
7. 如權(quán)利要求l所述的納米級(jí)微孔模具的制造方法，其特征在于，該保護(hù)層 的厚度為0.05毫米。
8. 如權(quán)利要求l所述的納米級(jí)微孔模具的制造方法，其特征在于，在向所述 形成有保護(hù)層的碳納米管中注入基體溶液或熔融液前，進(jìn)一步包括一預(yù)先 抽真空的步驟。
9. 如權(quán)利要求4或5所述的納米級(jí)微孔模具的制造方法，其特征在于，所述保 護(hù)層的去除方法包括以下步驟揭去承載基底，用二曱苯、乙酸乙脂或石 油醚溶解去除壓敏膠。
10. 如權(quán)利要求l所述的納米級(jí)微孔模具的制造方法，其特征在于，所述碳納 米管可采用強(qiáng)酸性或強(qiáng)氧化性的溶劑腐蝕去除，形成納米級(jí)微孔模具。
11. 如權(quán)利要求10所述的納米級(jí)微孔模具的制造方法，其特征在于，所述碳納米管的去除進(jìn)一步包括以下步驟采用質(zhì)量百分比濃度比為3:1的濃硫 酸與濃硝酸的混合溶液，在環(huán)境溫度60攝氏度時(shí)回流于上述碳納米管和基 體的復(fù)合結(jié)構(gòu)約30分鐘至2小時(shí)，利用強(qiáng)酸溶劑的腐蝕作用去除碳納米管。
12. 如權(quán)利要求l所述的納米級(jí)微孔模具的制造方法，其特征在于，該基體材 料為聚四氟乙烯、硅橡膠、聚酯、聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯、聚丙烯、環(huán)氧樹(shù)脂、聚碳酸酯、聚曱醛或聚縮醛。
全文摘要
一種納米級(jí)微孔模具的制造方法，其包括以下步驟提供多個(gè)碳納米管；在所述多個(gè)碳納米管至少一末端形成一保護(hù)層；向所述形成有保護(hù)層的碳納米管中注入基體溶液或熔融液，并使其固化；除去保護(hù)層，形成碳納米管和基體的復(fù)合結(jié)構(gòu)；以及去除碳納米管，形成納米級(jí)微孔模具。
文檔編號(hào)B82B3/00GK101148246SQ20061006272
公開(kāi)日2008年3月26日 申請(qǐng)日期2006年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月22日
發(fā)明者劉長(zhǎng)洪, 宋鵬程, 鼎 王, 范守善 申請(qǐng)人:清華大學(xué);鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司