通过硅油处理改进聚二甲基硅氧烷（PDMS）双铸法用于密集微结构复制

为解决致密高深宽比微结构脱模困难的问题，我们通过引入张力丝施加硅油处理，改进了PDMS双铸工艺。本方案提供了一种简单且经济高效的解决方法，无需昂贵设备或特殊材料，即可在无损条件下可靠复制复杂的微结构。

我们的实验室将专注于实现油滴添加过程的自动化，并开发定制的硅油，以确定最佳条件，从而提高实验的可重复性和精确性。

[旁白] 首先，使用洁净的玻璃烧杯和搅拌棒，按40:1的体积比混合正己烷和OTS溶液。用铝箔覆盖烧杯，以减少溶剂挥发。将密封的玻璃烧杯放入盛有水的室温超声波清洗仪中进行超声处理。然后将预先刻蚀好孔阵列的硅模具浸入已配制好的正己烷-OTS溶液中。接着，使用洁净的镊子将整个硅模具垂直轻柔地从溶液中提起。立即转移至另一个盛有纯正己烷的新烧杯中，通过前后轻轻晃动5到10次进行冲洗。使用氮气吹扫仪，在距离约三厘米处吹扫6到10秒，轻柔地将模具吹干，直至无可见水分残留。接下来，在洁净的塑料培养皿中按10:1的质量比混合PDMS基体与固化剂，搅拌15分钟。将混合物置于真空腔中，在160托下脱气，直至无可见气泡。使用预先浸润了100厘斯粘度硅油的无尘擦拭布，轻涂一层于洁净的塑料培养皿表面。然后将OTS修饰的硅模具正面朝上置于涂覆硅油的培养皿中央。缓慢将脱气后的PDMS混合物倾倒于模具上，直至完全覆盖。再次将注满PDMS的模具放入真空除泡仪中脱气，直至无可见气泡。随后，将培养皿置于预热至90摄氏度的加热板上，使PDMS固化。固化完成后，轻柔地将PDMS模具从硅模具上剥离，确保微结构保持完整。将制备好的PDMS模具放置于设定为150摄氏度的加热板上。经过三天的热老化处理后，将模具浸入100厘斯粘度的硅油中。在160托的真空条件下对浸油模具脱气10至15分钟。然后用镊子取出模具，并用洁净的无尘擦拭布在其表面轻擦3到5次，形成一层均匀的薄油膜。接下来，按照10:1的基体与固化剂质量比，采用与之前相同的混合和脱气方法制备新的PDMS混合物。将脱气后的混合物轻柔地倾倒于已处理的模具上，使其自然铺展并至少上升至微柱高度的一半以上。在轻微张力下固定一根0.5微米的尼龙细线。沿单一方向在PDMS表面来回刮擦1到2次，以减少微柱之间的多余油膜。随后将带有薄层PDMS的模具再次置于真空腔中脱气，直至无气泡残留。为制备具有孔阵列图案的PDMS产品，先在洁净的塑料培养皿表面轻涂一层硅油。将PDMS模具放入涂覆硅油的培养皿中，并倾倒脱气后的PDMS混合物，直至达到所需高度。再次对模具组件进行脱气，以消除所有夹陷的气泡。然后将培养皿置于预热至110摄氏度的加热板上，加热至完全固化。固化后，用洁净的镊子轻轻插入模具与复制品之间，小心地将最终产品从模具中脱模。该硅模具具有密集排列的圆形孔结构，孔径为143微米，孔间距150微米，深度为284微米，形成2:1的高径比。由该硅模板复制得到的PDMS模具所形成的微柱直径为142微米，高度为283微米，与原始尺寸高度一致。经一天热老化后使用100厘斯硅油处理的PDMS复制品，在脱模过程中出现严重的撕裂和结构崩解。经两天热老化并使用100厘斯硅油处理后，微柱轮廓开始清晰可见，但侧壁仍因脱模不充分而严重受损。在三天热老化后未使用油层的情况下，固化与未固化PDMS之间发生交联，导致结构重新结合。在三天热老化后使用低粘度MR-100硅油，因油液从垂直侧壁流失，导致覆盖不全并发生撕裂。高粘度硅油则形成过厚涂层，阻碍模具填充，使最终产品呈现波浪状且形变明显。在优化条件下，即经过三天热老化并使用100厘斯硅油涂层处理，最终复制品成功保留了孔图案微结构，孔径为148微米，高度为280微米，尺寸略有偏差，但整体结构完整。