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毛细印章打印突破性进展!德国奥斯纳布吕克大学Martin Steinhart教授课题组最新研究成果《AFM》:扫描毛细印章打印
2020-04-28  来源:高分子科技

  印章法制备的物理或化学图案化表面具有广泛的应用,方法原理为首先将墨水吸附到印章表面,然后将印章表面与基底表面接触,从而使墨水从印章表面转移到基底表面。上个世纪90年代中期,哈佛大学George M. Whitesides教授课题组利用印章原理发明了软接触打印技术(Soft Lithography)。为提高软接触打印分辨率,美国西北大学Chad A. Mirkin教授课题组于2008年开发了聚合物蘸笔技术(Polymer Pen Lithography)。然而,上述技术从原理上存在一个缺陷:印章表面吸附的墨水的量有限,连续打印中打印次数存在上限;并且在连续打印中因印章表面墨水的逐渐减少,从而导致打印到基底上的墨水量逐渐衰减。


  针对这一挑战,德国奥斯纳布吕克大学Martin Steinhart教授课题组与德国卡尔斯鲁厄理工学院Michael Hirtz博士课题组合作,设计开发了一种多孔海绵状聚合物印章,实现了墨水连续高品质大面积(cm2)的打印(图1)。该研究结果近日以“Scanner-Based Capillary Stamping”为题发表在材料学顶级期刊《Advanced Functional Materials》杂志上。


图1、扫描印章打印原理示意图及打印结果。


  在本工作中,他们以嵌段共聚物聚苯乙烯-聚(2-乙烯基吡啶)(PS-b-P2VP)为模型聚合物,通过热压印制备图案化印章(图2a,b),然后通过乙醇选择性溶质使聚合物印章产生多孔结构(图2c,d图3)。


图2、多孔印章制备过程示意图:a)通过热压印制备图案化印章;b)印章与硅模板无损自动分离;c)印章在乙醇中选择性溶胀;d)多孔印章。


图3、多孔印章表征:a)多孔印章照片,其中“1”为多孔印章,“2”为多孔玻璃;b,c)多孔印章SEM俯视图;d–f)多孔印章SEM切面图。Scale bars:(b)100微米;(c)1微米;(d)50微米;(e,f)500纳米。


  图4a–c为印章所配套的Holder,图4d–e为扫描毛细印章打印示意图。图5为扫描毛细印章打印结果,墨水为oligo(1-decene)。其中图5a,b为第1次打印循环,图5a中红色虚线内液滴阵列为印章中一个接触点连续打印80次所得;图5c,d为第10次打印循环结果。即印章中每个接触点可以至少打印800个尺寸均匀的液滴。


  此外:1)该工作中,通过调控基底表面的化学性质和打印接触时间,可以调节所得液滴的尺寸;

  2)该工作中,打印过程受计算机程序控制,印章中每个接触点可以打印设计的液滴图案;

  3)该工作中,作者还探究了多种墨水打印的可行性。


图4、a–c)为印章所配套的Holder;d–e)为扫描毛细印章打印示意图。Scale bars:(a)–(c)1 厘米。


图5、扫描毛细印章打印结果:a,b)为第1次打印循环,即a)中红色虚线内液滴阵列为印章中一个接触点连续打印80次所得;c,d)为第10次打印循环。Scale bars:(a)和(b)为100微米;(c)和(d)为50微米。


  该论文第一作者兼通讯作者为德国奥斯纳布吕克大学侯佩龙博士(目前为德国德累斯顿工业大学博士后研究员)。德国卡尔斯鲁厄理工学院Ravi Kumar博士为共同一作。Ravi Kumar博士Michael Hirtz博士Martin Steinhart教授为论文的共同通讯作者。该工作得到德国明斯特大学Harald Fuchs教授和德国莱比锡大学Dirk Enke教授的通力合作。侯佩龙博士特别感谢武汉大学薛龙建教授多次富有成效的讨论。该论文得到欧洲研究委员会ERC Consolidator Grant和德国卡尔斯鲁厄理工学院的资助。


  论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202001531

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(责任编辑:xu)
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