專利名稱：納米級微孔模具的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種微孔模具，尤其涉及一種納米級微孔模具。
背景技術：
隨著量子物理和量子化學的完善以及世界納米技術的研究和進步，構造 物質的基本模塊可以達到單個原子的水平，原子可以按照 一定的路徑組裝成 納米級的材料，這種類型的制造稱為納米制造。現今模具制造向大型和超精
微加工兩方面發展在大型加工方面，例如制造汽車、飛機用大型整體壁板 的扁擠壓模具，已經形成比較成熟的制造工藝；而在超精微加工方面，納米 產品需求成幾何級上升，如何應用先進的納米制造技術于模具制造，使得超 精微加工形成產業化并與全球模具先進技術同步是模具行業的發展趨勢。
理論上，納米技術可廣泛應用于加工方面。目前已經提出基于納米組裝 的納米加工方式，以實現納米產品自動化、產業化。這種加工方式設想按照 產品的形狀進行分子排列，從而實現無模生產方式。然而，該方法實際上并 不可行，因為目前對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，成本太高，難以實現大規模制造納米產品。
因此，本發明有必要提供一種適用于大規模制造納米產品的納米級微孔 模具。
發明內容
以下，將以若干實施例說明 一 種適用于大規模制造納米產品的納米級微
孔模具。
一種納米級微孔模具，其包括一基體及分布于基體中的多個納米級通 孔，該基體包括相對的第一表面及第二表面，該通孔從基體的第一表面向第 二表面延伸并貫穿整個基體，該多個通孔彼此平行且垂直于基底的兩個表面。
該基體為一薄膜。
該通孔的半徑為10 100納米。
該多個通孔之間的間距為20~200納米。
該納米級微孔模具的厚度為0.1~1毫米。
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、環氧樹脂、聚碳酸酯、聚甲醛或聚縮醛。
相較于現有技術，本實施例納米級微孔模具具有以下優點其一，通孔 的尺寸較小，長徑比很大，且納米級微孔模具的厚度最大可以到毫米量級， 擴大了應用范圍；其二，由于該通孔具有高定向性，提高了模具的有序性和 可控制性。
圖1為本發明實施例納米級微孔模具的結構示意圖。
圖2為本發明實施例納米級微孔模具的制造方法的流程示意圖。
圖3為本發明實施例納米級微孔模具的應用示意圖。
具體實施例方式
下面將結合附圖對本發明作進一步的詳細說明。
請參閱圖1,本發明實施例提供一種納米級微孔模具10，該納米級微孔 模具10包括一基體18,該基體18為一薄膜，其進一步包括一第一表面182 及與第一表面182相對的第二表面184。該基體18內分布有多個相互平行排 布的納米級的通孔186。該多個通孔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延伸貫穿整個基體18。 本實施例中，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，該納米級微孔模具10的厚度為0.1 1毫米。
請參閱圖2,本發明實施例納米級微孔模具10的制造方法主要包括以 下幾個步驟
(一)提供多個碳納米管14。
本實施例中多個碳納米管14可選擇為多壁或單壁碳納米管陣列，其可 采用化學氣相沉積法、等離子輔助化學氣相沉積法或等離子輔助熱絲化學氣
相沉積法制得，因而，多個碳納米管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。
本實施例中提供的碳納米管陣列生長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溫度下在空氣中進行熱 處理；然后在700。C溫度下，在硅襯底12上化學氣相沉積生長碳納米管陣 列，該陣列中^^友納米管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
壓在遠離硅襯底12的多個碳納米管14末端，即形成一端覆蓋有保護層16(包 括承載基底162和壓敏膠164)的碳納米管14，此時，硅襯底12本身可作為 碳納米管14的另一保護層。另外，本實施例中也可在碳納米管14兩端均形 成保護層16,具體地，可進一步將硅襯底12揭掉之后，再重復上述步驟， 使硅襯底12揭掉后露出的碳納米管14的末端也覆蓋保護層16，該保護層 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層16 的碳納米管14。本實施例中，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所生產的YM881型壓敏膠。另外，本實施例中保護層 16厚度優選為0.05毫米。
(三) 在所述形成有保護層16的多個碳納米管14間注入基體18溶液 或熔融液，并使其固化。
將經過步驟(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，獲得注有基體18的碳納米管14。其中， 基體18選擇為能耐強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、環氧樹脂、聚碳酸酯、 聚曱醛、聚縮醛等高分子材料。本實施例中優選為聚四氟乙烯。
另外，本實施例步驟(三)可進一步包括一預先抽真空的步驟，可通過 預先將該形成有保護層16的多個碳納米管14做抽真空處理約30分鐘，以 排出多個碳納米管14間的空氣，有利于基體18溶液或熔融液注入。
(四) 除去保護層16。
保護層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，如采用二甲苯、乙酸乙脂或石油醚溶解。另外，本實施例中以生長碳納
米管14的硅襯底12作為的保護層可直接揭去。此時，露出基體18的第一 表面182和與其相對的第二表面184，而且原來被保護層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 復合結構。
(五)腐蝕去掉上述復合結構中的碳納米管14。
本實施例采用強酸性或強氧化性的溶劑腐蝕去除上述復合結構中的碳 納米管14。優選地，本實施例采用質量百分比濃度比為3:1的濃疏酸與濃硝 酸的混合溶液，在環境溫度60攝氏度時回流于上述碳納米管14和基體18 的復合結構約30分鐘至2小時，利用強酸溶劑的腐蝕作用去除復合結構中 的碳納米管14。腐蝕掉碳納米管以后，具有耐強酸腐蝕的基體18留下來形 成一納米級微孔模具10，該微孔模具10中微孔的直徑范圍為1 100納米。
本技術領域技術人員應明白，本實施例納米級微孔模具10的制造方法 可通過控制碳納米管催化劑的排列，得到不同排列規則的通孔，達到精確控 制通孔位置的目的，提高了納米級微孔模具10的有序性和可控制性。
請參閱圖3,為本實施例制造的納米級微孔模具10的應用示意圖。本 實施例的納米級微孔模具10可用于制造其他材料的納米級陣列。
首先，在上述納米級微孔模具10中填充一待形成納米級陣列的材料， 本實施例以金為例。
其次，去除上述納米級微孔模具10，即形成該材料的納米級的陣列20。
本實施例中，該納米級微孔模具IO為高分子材料，可通過化學腐蝕、 高溫煅燒等方法去除該納米級微孔模具10,形成納米級的金陣列20。
另外，本實施例納米級微孔模具10還可應用于壓印技術，在材料表面 形成納米級的表面凸起結構。
相較于現有技術，本實施例納米級微孔模具IO具有以下優點其一， 通孔186的尺寸較小，如果使用單壁碳納米管(SWNT)，可以控制通孔186 的半徑在20納米以下；其二，通孔186的長徑比很大，且納米級微孔模具 10的厚度可根據所選碳納米管陣列的厚度至少在幾十微米以上，最多可以到 毫米量級，擴大了應用范圍；其三，由于使用了碳納米管陣列來作為母板，
碳納米管的高定向性得到了保留，并且通過控制碳納米管催化劑的排列，可 以得到不同排列規則的孔洞，達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，本領域技術人員還可在本發明精神內做其他變化，當然，這些依 據本發明精神所做的變化，都應包含在本發明所要求保護的范圍之內。
權利要求
1.一種納米級微孔模具，其特征在于，包括一基體及分布于基體中的多個納米級通孔，該基體包括相對的第一表面及第二表面，該通孔從基體的第一表面向第二表面延伸并貫穿整個基體，該多個通孔彼此平行且垂直于基底的兩個表面。
2. 如權利要求l所述的納米級微孔模具，其特征在于，該基體為一薄膜。
3. 如權利要求1所述的納米級微孔模具，其特征在于，該通孔的半徑為10 100 納米。
4. 如權利要求l所述的納米級微孔模具，其特征在于，該多個通孔之間的間 距為20 200納米。
5. 如權利要求l所述的納米級微孔模具，其特征在于，該納米級微孔模具的 厚度為0.1 1毫米。
6. 如權利要求l所述的納米級微孔模具，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、環氧樹脂、 聚碳酸酯、聚曱醛或聚縮醛。
全文摘要
一種納米級微孔模具，其包括一基體及分布于基體中的多個納米級通孔，該基體包括相對的第一表面及第二表面，該通孔從基體的第一表面向第二表面延伸并貫穿整個基體，該多個通孔彼此平行且垂直于基底的兩個表面。
文檔編號B82B3/00GK101148245SQ200610062719
公開日2008年3月26日 申請日期2006年9月22日 優先權日2006年9月22日
發明者劉長洪, 宋鵬程, 鼎 王, 范守善 申請人:清華大學;鴻富錦精密工業(深圳)有限公司