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    毛細印章打印突破性進展!德國奧斯納布呂克大學Martin Steinhart教授課題組最新研究成果《AFM》:掃描毛細印章打印
    2020-04-28  來源:高分子科技

      印章法制備的物理或化學圖案化表面具有廣泛的應用,方法原理為首先將墨水吸附到印章表面,然后將印章表面與基底表面接觸,從而使墨水從印章表面轉移到基底表面。上個世紀90年代中期,哈佛大學George M. Whitesides教授課題組利用印章原理發明了軟接觸打印技術(Soft Lithography)。為提高軟接觸打印分辨率,美國西北大學Chad A. Mirkin教授課題組于2008年開發了聚合物蘸筆技術(Polymer Pen Lithography)。然而,上述技術從原理上存在一個缺陷:印章表面吸附的墨水的量有限,連續打印中打印次數存在上限;并且在連續打印中因印章表面墨水的逐漸減少,從而導致打印到基底上的墨水量逐漸衰減。


      針對這一挑戰,德國奧斯納布呂克大學Martin Steinhart教授課題組與德國卡爾斯魯厄理工學院Michael Hirtz博士課題組合作,設計開發了一種多孔海綿狀聚合物印章,實現了墨水連續高品質大面積(cm2)的打印(圖1)。該研究結果近日以“Scanner-Based Capillary Stamping”為題發表在材料學頂級期刊《Advanced Functional Materials》雜志上。


    圖1、掃描印章打印原理示意圖及打印結果。


      在本工作中,他們以嵌段共聚物聚苯乙烯-聚(2-乙烯基吡啶)(PS-b-P2VP)為模型聚合物,通過熱壓印制備圖案化印章(圖2a,b),然后通過乙醇選擇性溶質使聚合物印章產生多孔結構(圖2c,d圖3)。


    圖2、多孔印章制備過程示意圖:a)通過熱壓印制備圖案化印章;b)印章與硅模板無損自動分離;c)印章在乙醇中選擇性溶脹;d)多孔印章。


    圖3、多孔印章表征:a)多孔印章照片,其中“1”為多孔印章,“2”為多孔玻璃;b,c)多孔印章SEM俯視圖;d–f)多孔印章SEM切面圖。Scale bars:(b)100微米;(c)1微米;(d)50微米;(e,f)500納米。


      圖4a–c為印章所配套的Holder,圖4d–e為掃描毛細印章打印示意圖。圖5為掃描毛細印章打印結果,墨水為oligo(1-decene)。其中圖5a,b為第1次打印循環,圖5a中紅色虛線內液滴陣列為印章中一個接觸點連續打印80次所得;圖5c,d為第10次打印循環結果。即印章中每個接觸點可以至少打印800個尺寸均勻的液滴。


      此外:1)該工作中,通過調控基底表面的化學性質和打印接觸時間,可以調節所得液滴的尺寸;

      2)該工作中,打印過程受計算機程序控制,印章中每個接觸點可以打印設計的液滴圖案;

      3)該工作中,作者還探究了多種墨水打印的可行性。


    圖4、a–c)為印章所配套的Holder;d–e)為掃描毛細印章打印示意圖。Scale bars:(a)–(c)1 厘米。


    圖5、掃描毛細印章打印結果:a,b)為第1次打印循環,即a)中紅色虛線內液滴陣列為印章中一個接觸點連續打印80次所得;c,d)為第10次打印循環。Scale bars:(a)和(b)為100微米;(c)和(d)為50微米。


      該論文第一作者兼通訊作者為德國奧斯納布呂克大學侯佩龍博士(目前為德國德累斯頓工業大學博士后研究員)。德國卡爾斯魯厄理工學院Ravi Kumar博士為共同一作。Ravi Kumar博士Michael Hirtz博士Martin Steinhart教授為論文的共同通訊作者。該工作得到德國明斯特大學Harald Fuchs教授和德國萊比錫大學Dirk Enke教授的通力合作。侯佩龍博士特別感謝武漢大學薛龍建教授多次富有成效的討論。該論文得到歐洲研究委員會ERC Consolidator Grant和德國卡爾斯魯厄理工學院的資助。


      論文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202001531

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