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研究生： 蔡元鈞
Yuan-Chin Tsai
論文名稱： 奈米陣列結構高分子薄膜之應用與探討
Study on the Nano Pattern of Polymeric Film
指導教授： 李俊毅
Jiunn-Yeh Lee
口試委員: 陳建光
Jem-Kun Chen
蘇清淵
Ching-Iuan Su
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 工程學院 - 材料科學與工程系
Department of Materials Science and Engineering
論文出版年： 2008
畢業學年度： 96
語文別： 中文
論文頁數： 65
中文關鍵詞： 聚苯乙烯 、奈米壓印 、壁虎
外文關鍵詞： Polystyrene, Nano imprinting, gecko
相關次數： 點閱：397  下載：2 
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    • 本論文主要內容為利用具微奈米陣列表面的高分子薄膜，仿壁虎觸手表面紋理構造。利用奈米壓印技術製作具微奈米陣列表面的高分子薄膜，並針對微奈米表面結構之高分子薄膜形成之方式進行探討。在奈米壓印實驗的部分，主要將聚苯乙烯Polystyrene（PS）利用旋轉塗佈機，塗佈於玻璃基板上，再利用加熱台加熱至Tg點以及奈米壓印機壓出奈米陣列之高分子薄膜；最後以掃描式電子顯微鏡Scanning Electron Microscope（SEM）觀察高分子薄膜表面紋理構造並利用原子力顯微鏡(AFM)探討奈米陣列之吸附力。

    The goal of the study was simulated gecko foot-hair structure via polymer film that has micro/nano array surface. Using nano imprinting technology to fabricate nano-array surface of polymer film, and the film manufacture condition have been discussed. In nano imprinting experiment, we use spinning coating machine to coat polystyrene on glass substrate, and imprint nano-array on polymer film by nano imprinting machine when the temperature of polystyrene was heated to the Tg. We observed surface texture by scanning electron microscope, and discussed the adhesive force of nano-array of polymer film by AFM.

    中文摘要----------------------------------------------------------------------I ABSTRACT---------------------------------------------------------------------II 誌 謝-----------------------------------------------------------------------III 目 錄------------------------------------------------------------------------IV 圖索引----------------------------------------------------------------------VII 表索引----------------------------------------------------------------------XI 第一章 緒論-------------------------------------------------------------------1 1.1 前言----------------------------------------------------------------------1 1.2研究動機與目的-------------------------------------------------------------2 1.3文獻探討-------------------------------------------------------------------3 1.3.1生物系統的微觀構造-------------------------------------------------------3 1.3.2仿生科技的發展-----------------------------------------------------------8 第二章 原理------------------------------------------------------------------14 2.1靜電力的原理與應用--------------------------------------------------------14 2.1.1靜電力------------------------------------------------------------------14 2.1.2靜電力的應用------------------------------------------------------------15 2.2 奈米壓印技術與原理-------------------------------------------------------16 2.2.1奈米壓印技術------------------------------------------------------------16 2.2.2熱壓型奈米壓印技術（Hot embossing nanoimprint lithography） -----------------------------------------------------------------------------17 第三章 實驗材料、設備及流程--------------------------------------------------20 3.1實驗藥品------------------------------------------------------------------20 3.2實驗設備------------------------------------------------------------------24 3.3實驗步驟、流程------------------------------------------------------------27 3.3.1基本試片製作說明--------------------------------------------------------27 3.3.2實驗方法(一)------------------------------------------------------------30 3.3.3實驗方法(二)------------------------------------------------------------32 第四章 量測設備--------------------------------------------------------------36 4.1 SEM觀測薄膜表面微結構----------------------------------------------------36 4.1.1SEM原理-----------------------------------------------------------------36 4.1.2操作流程圖--------------------------------------------------------------38 4.2AFM量測吸附力的原理-------------------------------------------------------40 4.2.1AFM原理-----------------------------------------------------------------40 4.2.2原子力顯微鏡探針的選擇--------------------------------------------------41 4.3.3 AFM 力-距離曲線--------------------------------------------------------43 第五章 結果與討論------------------------------------------------------------44 5.1SEM下PS的表面紋理結構-----------------------------------------------------44 5.1.1實驗方法(一)：Electrostatic System--------------------------------------44 5.1.2實驗方法(二)：Hot embossing nanoimprint lithography System--------------46 5.2 吸附力的測量-------------------------------------------------------------51 5.2.1PS奈米陣列薄膜與動物纖毛吸附力的比較------------------------------------51 第六章 結論------------------------------------------------------------------62 參考文獻---------------------------------------------------------------------64 圖索引 圖1-1 壁虎的巨觀到微觀的纖毛尺寸圖--------------------------------------------5 圖1-2 壁虎腳部纖毛的巨觀到圍觀圖----------------------------------------------6 圖1-3 壁虎腳部纖毛的SEM圖-----------------------------------------------------6 圖1-4 （A）Evarcha arcuata 蜘蛛腳上微結構的俯視圖。圖中包含兩部份：爪（claws）和纖毛（scopula）；（B）纖毛部分正視圖，可以清楚看到爪和纖毛末端的不同。------------------------------------------------------------------------------------7 圖1- 5 小瓢蟲、蒼蠅、蜘蛛、壁虎其腳上纖毛末端的電子顯微鏡圖片-----------------8 圖1-6 光顯影製程在利用聚二甲基矽氧烷製作成毛，由於光顯影製程的限制，尺寸不能再縮小到奈米等級---------------------------------------------------------------10 圖1-7 聚醯亞胺(PI)纖毛-------------------------------------------------------10 圖1-8 蜘蛛人玩具黏附在天花板上-----------------------------------------------10 圖1-9 （A）利用AFM探針製作模仁再做成纖毛的製作流程圖；（B）聚二甲基矽氧烷（PDMS）類似纖毛的AFM影像，由圖可見纖毛呈圓錐狀------------------------------11 圖1-10 陽極氧化鋁薄膜的表面孔洞結構及利用薄膜製成的高分子纖毛結構------------12 圖1-11 用陽極氧化鋁薄膜孔洞產生聚二甲基矽氧烷纖毛，A圖所製作出來的毛由於長徑比較大；B圖由於較小的長徑比，而導致做出來的成品如突起物般的微結構--------------13 圖2.1 熱壓型奈米壓印技術流程圖-----------------------------------------------19 圖3-1 Polystyrene的結構圖----------------------------------------------------20 圖3-2 壓印用模板的SEM圖------------------------------------------------------20 圖3-3 壓印用模板的SEM圖------------------------------------------------------21 圖3-4 壓印用模板的SEM圖------------------------------------------------------22 圖3-5 高原式原子力顯微鏡 ( AFM ) 探針的SEM圖---------------------------------20 圖3-6 為玻璃切割器-----------------------------------------------------------24 圖3-7 超音波洗淨機-----------------------------------------------------------24 圖3-8 旋轉塗布機-------------------------------------------------------------25 圖3-9 電壓放大器-------------------------------------------------------------25 圖3-10 加熱控溫系統----------------------------------------------------------26 圖3-11 原子力顯微鏡圖片------------------------------------------------------26 圖3-12 壓印機台圖片----------------------------------------------------------27 圖3-13 試片製作製作流程圖----------------------------------------------------29 圖3-14 PS薄膜式片加電壓示意圖------------------------------------------------30 圖3-15實驗方法(一)製作流程圖-------------------------------------------------31 圖3-16 壓印機台圖片----------------------------------------------------------33 圖3-17 壓印示意圖------------------------------------------------------------34 圖3-18 實驗方法(二)製作流程圖------------------------------------------------35 圖4-1 掃描式電子顯微鏡(SEM)結構圖示------------------------------------------37 圖4-2 SEM的前置作業---------------------------------------------------------38 圖4-3 SEM的操作流程圖-------------------------------------------------------39 圖4-4 原子力顯微鏡的基本結構-------------------------------------------------40 圖4-5 AFM探針尖端的SEM圖----------------------------------------------------41 圖4-6 AFM高原式探針頂端的SEM圖----------------------------------------------41 圖4-7 探針在量測PS film吸附力的示意圖----------------------------------------42 圖4-8 AFM力–距離曲線圖-----------------------------------------------------43 圖5-1 7wt% PS film加電壓1小時後的SEM圖---------------------------------------45 圖5-2 7wt% PS film加電壓7小時後的SEM圖---------------------------------------45 圖5-3 7wt% PS film加電壓12小時後的SEM圖--------------------------------------46 圖5-4 PS film 200nm陣列結構的SEM圖------------------------------------------47 圖5-5 PS film 200nm陣列結構的SEM圖------------------------------------------47 圖5-6 PS film 125nm陣列結構的SEM圖------------------------------------------48 圖5-7 PS film 125nm陣列結構的SEM圖------------------------------------------48 圖5-8 PS film 100nm陣列結構的SEM圖------------------------------------------49 圖5-9 PS film 100nm陣列結構的SEM圖------------------------------------------49 圖5-10 PS film 100nm陣列結構的SEM圖-----------------------------------------50 圖5-11 PS film 200nm陣列結構的AFM force model圖-----------------------------53 圖5-12 PS film 200nm陣列結構的AFM force model圖-----------------------------54 圖5-13 PS film 200nm陣列結構的AFM force model圖-----------------------------55 圖5-14 PS film 125nm陣列結構的AFM force model圖-----------------------------56 圖5-15 PS film 125nm陣列結構的AFM force model圖-----------------------------57 圖5-16 PS film 125nm陣列結構的AFM force model圖-----------------------------58 圖5-17 PS film 100nm陣列結構的AFM force model圖-----------------------------59 圖5-18 PS film 100nm陣列結構的AFM force model圖-----------------------------60 圖5-19 PS film 100nm陣列結構的AFM force model圖-----------------------------61 表索引 表3-1 PS物化性--------------------------------------------------------------23 表3-2 高原式原子力顯微鏡 ( AFM ) 探針機械性質--------------------------------23 表5-1 7wt% PS film的實驗參數------------------------------------------------46 表5.2 PS高分子奈米薄膜與壁虎纖毛吸附力的比較--------------------------------52

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