Micropunching lithographie pour la génération de micro-et submicronique des motifs sur des substrats polymères

L'objectif général de ce travail est de créer des motifs microscopiques et submicroniques sur les surfaces latérales supérieures et inférieures d'un substrat polymère pour diverses applications. Cette opération est réalisée en appliquant d'abord des couches intermédiaires et cibles de polymère sur une surface rigide. Ensuite, des structures de moule à bords tranchants ou arrondis sont fabriquées et utilisées pour gaufrer le substrat à une température supérieure à la température de transition vitreuse du polymère intermédiaire, mais inférieure à la température de fusion du polymère cible.

Après refroidissement du substrat, le moule est retiré et des motifs microscopiques et submicroniques apparaissent à la surface des substrats polymères. Les applications biomédicales de la lithographie par poinçonnage microscopique sont les premières envisagées. Les microbiotes de PPY générés par l'opération de découpe sont utilisés pour la détection du glucose.

Deuxièmement, les microcanaux fabriqués par impression peuvent être utilisés comme canaux microfluidiques à l'intérieur de dispositifs labo-sur-puce afin de réduire la friction de l'écoulement des fluides. Dans cette procédure, un substrat en silicone, revêtu d'un polymère intermédiaire et d'un matériau à imprimer, est chauffé à une température supérieure à la température de transition vitreuse du polymère intermédiaire mais inférieure à la température de fusion ou de transition du matériau ciblé. Ensuite, le moule et le substrat sont mis en contact physique sous haute pression, puis soumis à un refroidissement progressif.

Enfin, ils sont séparés lorsque leur température descend en dessous de la température de transition du polymère intermédiaire, achevant ainsi le transfert du motif depuis le moule vers la couche cible. Pour cette procédure, des moules en silicium fabriqués selon les dimensions requises doivent être préparés à l’aide d’une lithographie UV conventionnelle. Préparez la couche intermédiaire en sélectionnant une feuille de PMMA non conductrice et en la plaçant sur un substrat rigide et plat.

Un polymère conducteur unique peut désormais être déposé par centrifugation de manière conventionnelle sur le polymère intermédiaire. En outre, pour déposer plusieurs matériaux de polymères conducteurs, couvrez la zone située autour de la première couche de polymère conduct combustible avec du ruban adhésif. En utilisant le ruban et la centrifugation, plusieurs couches peuvent être déposées aux emplacements souhaités sur le substrat.

Ensuite, embosser le substrat à l'aide d'une machine d'embossage à chaud pendant quelques minutes et démouler le substrat entre 80 et 95 degrés Celsius à 1,5 millimètre par minute. Dans cette procédure, la couche supérieure est remplacée par une combinaison de deux et trois polymères ou couches métalliques respectivement, afin de générer des microstructures multicouches. La fabrication de jonctions hétéro, de diodes et de condensateurs est examinée.

Pour créer une jonction hétérogène en deux couches de PPY et de pdot, déposez d'abord par centrifugation une couche de pdot de 10 micromètres d'épaisseur sur la feuille de PMMA. Ensuite, faites durcir le substrat à 80 degrés Celsius pendant une heure. Après ce traitement thermique, appliquez par centrifugation une couche de PPY d'un micromètre d'épaisseur sur la couche de pdot, puis faites durcir le substrat pendant cinq minutes.

Pour fabriquer des diodes en aluminium et en pdot à deux couches, déposez par centrifugation une couche de pdot de 10 micromètres d'épaisseur sur la feuille de PMMA, puis faites cuire le substrat pendant une heure. Ensuite, utilisez l'évaporation thermique pour déposer une couche d'aluminium de 200 nanomètres d'épaisseur sur la couche de pdot. Le substrat doit être placé face vers le bas, et la pression dans la chambre doit être réglée à cinq microtorr dans l'évaporateur, une haute tension faisant évaporer les pastilles d'aluminium.

Surveiller le moniteur d'épaisseur en quartz jusqu'à ce que 200 nanomètres soient atteints. Ensuite, couper la tension à zéro et ventiler la chambre avant de retirer l'échantillon. Pour générer des condensateurs pdot à trois couches, PMMA pdot.

Appliquez par rotation une couche de pdot d'une épaisseur de 10 micromètres sur la feuille de PMMA et faites durcir le substrat pendant une heure. Ensuite, appliquez par rotation à 1000 tr/min plusieurs fois afin d'obtenir un film de PMMA d'une épaisseur de 15 à 20 micromètres sur la couche de pdot, puis faites durcir le substrat pendant 30 minutes. Une fois la couche de PMMA durcie, appliquez par rotation une couche de pdot de deux à trois micromètres d'épaisseur sur le film de PMMA et faites durcir le substrat pendant cinq minutes. Pour toutes les microstructures, embossez le substrat à l'aide de la machine d'embossage à chaud pendant quelques minutes, puis démoulez les microstructures à une température de 80 à 95 degrés Celsius à une vitesse de 1,5 millimètre par minute.

L'opération de dessin est similaire à celle de la découpe ; toutefois, elle utilise un moule rigide aux bords arrondis et un moule A-P-D-M-S. Elle nécessite également une force d'insertion plus faible, une vitesse d'insertion plus lente et une température d'impression plus élevée. Commencez la fabrication des micro-piliers en PDMS en appliquant par centrifugation une couche d'épaisseur micrométrique de S 1813 sur un moule SU huit.

Le moule en SU-8 est généré à l'aide de la lithographie UV conventionnelle. Ensuite, appliquez par rotation du PDMS sur le moule en SU-8 recouvert de S 1813 à 1000 tr/min et faites cuire l'échantillon à 85 degrés Celsius pendant trois heures sur un bloc chauffant. Une fois la couche de PDMS durcie, lavez l'échantillon à l'acétone pour dissoudre le S 1813 et libérer la fine pellicule de PDMS du moule en SU-8.

Ainsi, après avoir terminé la formation du film en PDMS avec micro-piliers, placez ce film en PDMS sur une feuille de PEHD d'une épaisseur de 1,5 millimètre pour l'impression. Placez un moule en aluminium aux bords arrondis sur le film en PDMS et la feuille de PEHD, puis faites cuire sous pression pendant une heure. Le moule exercera alors une pression, faisant adhérer le film en PDMS contre la feuille de PEHD souple.

Une fois l'échantillon refroidi à température ambiante, retirez le moule pour terminer la fabrication du canal sur la feuille de PEHD. Pendant le processus, une partie du film en PDMS formé par ce micro-pillier est transférée vers le fond et les deux parois latérales du canal. À l'aide de l'opération de découpe MPL, des microstructures monocouches en PPY, PDOT et SPANI ont été réalisées.

La MEV a été utilisée pour analyser un motif de ligne droite de 300 micromètres de large et un motif de microruban sinueux de 50 micromètres de large afin de tester la sensibilité à l'humidité. Un MICROWIRE PPY et un film PPY d'un centimètre carré ont tous deux été exposés à des niveaux d'humidité relative compris entre 45 % et 85 %. Leur sensibilité a été mesurée par la variation de résistance et comparée. La MEV a été utilisée pour examiner plusieurs microstructures multicouches, notamment un microfil de 300 micromètres de large en PPY pdot, une diode à jonction hétérogène en aluminium pdot et un condensateur PDOT PMMA pdot, à l'aide d'une station de mesure Keithley.

Avec la couche de pdot reliée à la masse et un potentiel de polarisation allant de moins 20 volts à 20 volts appliqué à la couche de PPY. Les tensions de claquage directe et inverse de l'hétérojonction PPY-pdot étaient respectivement de cinq volts et de moins huit volts. Une hétérojonction en aluminium-pdot a été réalisée en reliant à la masse la couche d'aluminium et en appliquant un potentiel de polarisation allant de moins cinq volts à cinq volts à la couche de pdot, mesurée à température ambiante.

Les tensions de claquage directe et inverse étaient respectivement de trois volts et de moins 2,5 volts. Un condensateur pdot PMMA PDOT a été réalisé à l’aide de la station de mesure KEITHLEY et la courbe CV du condensateur a été mesurée à température ambiante. La capacité mesurée du condensateur sous polarisation à basse fréquence était d’environ 0,06 picofarad.

Bien que la quantité calculée théoriquement soit de 1,38, des micro-piliers en PDMS exprimés en picofarad ont été enfoncés dans des feuilles A-H-D-P-E afin de former les parois latérales des canaux. L'angle de contact moyen de la goutte d'eau dans les canaux en HDPE était de 145,5 degrés. Les micro-piliers en PDMS sont utilisés pour réduire la friction de traînée des canaux en HDPE.

Une goutte qui s'écoule sur un canal en PEHD recouvert d'un film A-P-D-M-S avance plus lentement qu'une goutte qui s'écoule sur un canal en PEHD gravé de micro-piliers A-P-D-M-S. Ceci est dû à la nature superhydrophobe du canal, conférée par les micro-piliers en PDM. Lors de la réalisation de ces procédures, n'oubliez pas que l'utilisation de résines photosensibles, de polymères conducteurs et de composés organiques volatils peut présenter des risques ; prenez toujours des précautions, telles que l'utilisation d'équipements de protection individuelle et de travailler dans un endroit bien ventilé.