조밀하게 충전된 미세 구조 복제를 위해 실리콘 오일 처리를 통해 개선된 폴리디메틸실록산(PDMS) 이중 주조

조밀하고 종횡비가 높은 미세 구조의 탈형 문제를 해결하기 위해 장력 나사산으로 적용되는 실리콘 오일 처리를 추가하여 PDMS 이중 주조 공정을 수정했습니다. 당사의 프로토콜은 값비싼 장비나 특수 재료가 필요하지 않은 간단하고 비용 효율적인 솔루션을 제공하여 손상 없이 고급 미세 구조를 안정적으로 복제할 수 있습니다.

우리 연구실은 오일 도포 공정을 자동화하고 맞춤형 실리콘 오일을 개발하여 재현성과 정밀도 향상을 위한 최적의 조건을 식별하는 데 중점을 둘 것입니다.

[해설자] 시작하려면 깨끗한 유리 비커와 교반봉을 사용하여 헥산과 OTS 용액을 40:1 부피비로 혼합합니다. 증발을 최소화하기 위해 비커를 알루미늄 호일로 덮습니다. 밀봉 된 유리 비커를 물로 채워진 실온 초음파 수조에 초음파 처리하십시오. 그런 다음 홀 어레이가 있는 사전 에칭된 실리콘 몰드를 준비된 헥산 OTS 용액에 담급니다. 이제 깨끗한 핀셋을 사용하여 전체 실리콘 몰드를 용액에서 수직으로 부드럽게 들어 올립니다. 즉시 순수한 헥산이 들어 있는 신선한 비커에 옮긴 다음 앞뒤로 5-10회 부드럽게 저어주어 헹굽니다. 눈에 보이는 수분이 남지 않을 때까지 약 3cm 떨어진 질소 송풍기를 사용하여 6-10초 동안 금형을 부드럽게 건조시킵니다. 그런 다음 깨끗한 플라스틱 페트리 접시에 PDMS 베이스와 경화제를 10:1의 중량 비율로 15분 동안 혼합합니다. 혼합물을 챔버에 넣고 눈에 보이는 기포가 남지 않을 때까지 160 torr에서 가스를 제거합니다. 기름에 미리 적신 보푸라기가 없는 와이퍼를 사용하여 깨끗한 플라스틱 페트리 접시에 100센티스토크 점도의 실리콘 오일을 가볍게 코팅합니다. 그런 다음 OTS 코팅된 실리콘 몰드를 코팅된 페트리 접시의 중앙에 앞면이 위로 향하도록 놓습니다. 완전히 덮일 때까지 탈기된 PDMS 혼합물을 금형 위에 천천히 붓습니다. 눈에 보이는 기포가 남지 않을 때까지 진공 기포 제거기에서 채워진 금형의 가스를 다시 제거합니다. 이제 PDMS를 경화시키기 위해 섭씨 90도로 예열된 핫플레이트에 페트리 접시를 놓습니다. 경화되면 실리콘 몰드에서 PDMS 몰드를 부드럽게 벗겨 미세 구조가 손상되지 않도록 합니다. 제작된 PDMS 금형을 섭씨 150도로 설정된 핫 플레이트에 놓습니다. 3일간의 열 노화 후 금형을 점도 100센티스토크의 실리콘 오일에 담급니다. 기름에 잠긴 금형을 160 torr의 진공 상태에서 10-15분 동안 가스를 제거합니다. 그런 다음 핀셋을 사용하여 금형을 제거하고 보푸라기가 없는 깨끗한 와이퍼로 표면을 3-5회 부드럽게 닦아 균일한 얇은 기름막을 남깁니다. 다음으로, 이전과 동일한 혼합 및 탈기 방법을 사용하여 염기 대 경화제 중량 비율이 10:1인 PDMS 혼합물을 준비합니다. 가스를 제거한 혼합물을 처리된 금형에 부드럽게 부어 퍼지고 마이크로필라의 절반 이상까지 도달하도록 합니다. 0.5마이크로미터 나일론 실을 부드러운 장력으로 고정합니다. 나사산을 PDMS 표면을 한 방향으로 한두 번 문지르면 마이크로필러 사이의 과도한 오일을 줄일 수 있습니다. 그런 다음 기포가 남지 않을 때까지 진공 챔버에서 얇은 PDMS 층으로 금형의 가스를 제거합니다. 홀 어레이 패턴 PDMS 제품을 제작하려면 깨끗한 플라스틱 페트리 접시에 실리콘 오일을 가볍게 코팅합니다. PDMS 몰드를 코팅된 페트리 접시에 놓고 원하는 높이에 도달할 때까지 탈기된 PDMS 혼합물을 그 위에 붓습니다. 갇힌 기포를 제거하기 위해 금형 어셈블리의 가스를 다시 한 번 제거합니다. 그런 다음 섭씨 110도로 예열된 핫플레이트에 페트리 접시를 놓고 완전히 굳을 때까지 경화시킵니다. 경화 후 금형과 복제품 사이에 깨끗한 핀셋을 부드럽게 삽입하고 금형에서 최종 제품의 금형을 조심스럽게 탈형합니다. 실리콘 몰드는 직경 143마이크로미터, 간격 150마이크로미터, 깊이 284마이크로미터의 조밀한 원형 구멍 배열을 특징으로 하여 종횡비가 2:1입니다. 실리콘 템플릿에서 복제된 PDMS 금형은 직경 142마이크로미터, 높이 283마이크로미터의 마이크로필러를 생산하여 원래 치수와 거의 일치했습니다. PDMS 복제 1일 열숙성된 후 100센티스토크 실리콘 오일로 처리한 후 탈형 과정에서 벽 구조의 심한 찢어짐과 분해가 나타났습니다. 이틀간의 열 노화 후 100센티스토크 실리콘 오일 처리 후 뚜렷한 기둥 윤곽이 보였지만 방출이 불충분하여 벽이 심하게 손상된 상태로 남아 있습니다. 3일간의 열 노화와 오일층이 없는 상태에서 경화된 PDMS와 경화되지 않은 PDMS 사이의 가교는 재결합된 구조를 초래했습니다. 3일간의 열 노화 후 저점도 MR-100 오일을 사용하면 오일이 수직 측벽에서 배출되면서 적용 범위가 낮고 찢어졌습니다. 고점도 오일은 두꺼운 코팅을 형성하여 금형 충전을 방지하고 최종 제품이 물결 모양이고 기형적으로 보이게 합니다. 3일간의 열 노화 및 100센티스토크 실리콘 오일 코팅의 최적화된 조건에서 최종 복제품은 직경 148마이크로미터, 높이 280마이크로미터의 구멍 패턴 미세 구조를 보존하여 작은 치수 변화를 보여주지만 구조는 온전했습니다.