摘要
微结构薄膜作为一种新型的功能化材料，在电子、生物医药等领域发挥着越来越重要的作用。其中，液滴在基底上有规律的沉积和扩散是制备图案化微结构表面的关键，而直写印刷技术作为一种简单便捷、成本低廉、绿色环保的方法，已被广泛应用于此领域。该技术使用具有剪切变稀性质的墨水材料，通过调节墨水黏度和印刷条件，将墨水直接转移在基底上，并通过浸润沉积的方式形成所需要的微结构。直写印刷技术基于材料挤出方法，制造工艺相对简单，具有广泛的材料适应性且成本较低，具有极大的优势，在制备三维图案化的微通道、微流控及其生物器官制备中具有广泛应用前景。本论文主要探究了直写印刷微凹结构表面的印刷条件，并对其应用进行了探索。研究内容如下： (1)通过直写印刷技术在PDMS粘弹性基底表面制备图案化微坑结构阵列，对影响制备过程的关键因素进行了探究。针对粘弹性基底预固化时间、PVA墨水浓度、印刷间距、印刷层数、喷嘴直径等实验条件进行了优化选择，以控制墨滴在铺展和沉积过程中的行为，从而实现对凹陷微结构形貌的可控制备。其中，当PDMS预固化温度为70℃、预固化时间为8min，PVA和H2O的质量比为1:8时，制备的微坑结构形貌明显，排布均匀。使用台阶仪对微坑结构形貌进行扫描，结果显示其深度可达45μm，直径可达50μm。这表明，在所选的优化条件下，直写印刷技术可以有效制备出具有特定凹陷形貌的微结构表面。这项研究提供了一种新的制备方法，具有一定的研究意义和应用价值。 (2)经过直写印刷制备得到的微坑结构薄膜，被用于进行液体吸附与释放、通过复形制备微凸结构模板和沉积银纳米线制作柔性电极的探索研究。在实验中，将亚甲基蓝溶液滴在经等离子体处理的PDMS薄膜表面，利用微坑结构的毛细作用使溶液吸附到凹陷的微结构中。随后，将填充了亚甲基蓝溶液的PDMS薄膜贴在皮肤上，观察到亚甲基蓝溶液被释放出来的情况。此外，将银纳米线沉积在具有微坑结构阵列的薄膜上可以制成柔性电极。通过拉伸测试，得到该柔性电极的拉伸位移为10.2mm，拉伸应变率为41%，最大应变力值为8.193N。最后，利用微坑结构薄膜为模板，使用PDMS通过简单的复形技术可以得到具有微凸结构阵列的薄膜。 (3)通过采用直写印刷技术在PDMS粘弹性基底表面制备具有图案化微槽结构，探究了直写印刷参数和印刷适性，并讨论了微槽结构表面的各向异性。利用牺牲性墨水种类、粘弹性基底预固化时间以及不同印刷参数(如印刷速度、喷嘴直径等)等实验条件进行优化选择，从而控制墨水在铺展和沉积过程中的行为，实现可控制备的图案化凹陷微结构。在PDMS基底上直写印刷时，当PDMS预固化温度为70℃、预固化时间为8min，PAA和无水乙醇的质量比为1:2时，制备得到的微槽结构形貌明显且排布均匀。进一步将微槽结构表面浸泡硅油以实现滑移表面，并测试了滑动角，结果表明微槽结构表面具有各向异性。 综上所述，经过控制液滴在基底上的沉积和扩散，本课题成功制备了具有凹陷微结构的图案化表面。实现方法是通过直写印刷控制粘弹性基底的预固化时间、牺牲性墨水浓度以及不同印刷参数来调控墨滴的沉积行为并控制其表面形貌，获得可控且均匀的微凹结构阵列，并对其在液滴吸附与释放、模板复形、柔性电极方面应用进行了研究。此外，本研究还改变了设定程序和其他印刷参数以制备具有微槽结构的表面，并将其浸泡在硅油中，获得了具有各向异性滑移表面的结果。本课题为图案化凹陷微结构表面的制备具有一定的借鉴意义。
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