阅读说明：本技术 一种高温作用下制备pmma内部微通道的方法 (Method for preparing PMMA (polymethyl methacrylate) internal micro-channel under high-temperature action ) 是由 张俐楠 陆凯 黄阿龙 刘红英 吴立群 王洪成 于 2021-06-16 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高温作用下制备PMMA内部微通道的方法,其按如下步骤进行：步骤一：确定阵列微孔的基本参数,后采用纳米微针在PMMA表面打出微孔；步骤二：将打好微孔的常态下PMMA放置于高温环境中,在高温下将PMMA加热到熔融态,高温加热的温度为150-200℃；熔融态的PMMA在表面能的驱动下向着能量最小的方向运动,表面微孔愈合,形成内部微通道。本发明从能量角度出发,实现制备性能完善的聚合物PMMA内部微通道结构,为聚合物内部微通道的制备提供新的方案。(The invention discloses a method for preparing a PMMA internal micro-channel under the action of high temperature, which comprises the following steps: the method comprises the following steps: determining basic parameters of the array micropores, and then punching the micropores on the PMMA surface by adopting nano microneedles; step two: placing PMMA with perforated micropores in a high-temperature environment in a normal state, and heating the PMMA to a molten state at a high temperature of 150-; the molten PMMA moves towards the direction with the minimum energy under the driving of the surface energy, and the surface micropores are healed to form the internal microchannels. The invention realizes the preparation of the internal micro-channel structure of the polymer PMMA with perfect performance from the energy perspective, and provides a new scheme for the preparation of the internal micro-channel of the polymer.)

一种高温作用下制备PMMA内部微通道的方法

技术领域

本发明属于微纳米制造

技术领域

，具体涉及一种高温作用下制备聚合物PMMA内部微通道制备方法。

背景技术

目前，聚合物的内部微结构的加工技术研究越来越热，聚合物内部微通道的应用已经相当广泛，最主要的应用-微流控芯片内部就具有尺寸微小且复杂的微通道。目前微流控芯片制备所用的材料以PMMA居多。制作微流控芯片的聚合物内部微通道的方法很多，最广泛使用的是热压成型法，此外还有一些如注塑法、模型法、激光烧蚀法等。目前成熟的热压成型法，也并不是在一片聚合物基材上成形的，而是先做出基板与模板两部分聚合物，然后使用键合的方式将两块PMMA板连接起来最终形成内部微通道，实现最终微流控芯片的制备。目前能够用于聚合物的键合的方法主要有热键合、超声键合、激光键合和胶粘键合等方法，其中应用最为广泛地便是热键合，将基片与盖片对齐加温加压一段时间，冷却之后便可以得到微流控芯片。此方法操作简单，键合时只需要调节压力与温度即可，但是聚合物温度需要保持在玻璃化温度附近，虽然温度越高越容易键合，但是高温很可能会使聚合物微通道发生变形，温度低又容易造成键合强度不够的结果。

发明内容

针对现在技术存在的上述问题，本发明从能量的角度探究熔融态的PMMA在表面能驱使下的成型规律，从而在一块PMMA材料上制备内部微通道，提供一种高温作用下制备聚合物PMMA内部微通道的方法。

本发明从能量的角度掌握PMMA的成型规律，当聚合物进入熔融状态时，聚合物会在表面能的作用下运动，最终形成一种稳定的内部微通道，以此来制备出聚合物PMMA内部微通道结构。

为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种高温作用下制备PMMA内部微通道的方法，其按如下步骤进行：

步骤一：确定阵列微孔的基本参数，然后采用纳米微针在聚合物PMMA表面打出微孔。

步骤二：将打好微孔的常态下聚合物PMMA放置于高温环境中，在高温加热下将PMMA加热到熔融态，高温加热温度为150℃-200℃。熔融态的聚合物PMMA在表面能的驱动下向着能量最小的方向运动，表面微孔愈合，形成内部微通道。

优选的，步骤一中，根据形成PMMA微通道的需要确定阵列微孔的圆柱孔深度H、孔的直径D和孔之间的距离Ds。

优选的，圆柱孔的尺寸保持一致且在PMMA表面均匀分布。

优选的，步骤一中，采用纳米微针在PMMA表面打出规则排列的高深宽比微孔。进一步优选的，高深宽比指圆柱孔深度与直径的比值大于20:1。

优选的，步骤一中，采用纳米微针在PMMA表面打出不规则排列的微孔。

优选的，所述的PMMA呈长方体状。

优选的，微通道的横截面是圆形或椭圆形。

针对热压成型的聚合物PMMA内部微通道常存在形变、强度不够等问题，本发明以此从能量的角度，实现制备性能完善的聚合物PMMA内部微通道结构，为聚合物内部微通道的制备提供新的方案。

附图说明

图1是高温下PMMA在表面能作用下的运动示意图。

图2是高温作用下的PMMA内部微通道成型流程图。

图3是不规则阵列微孔下的PMMA内部微通道成型流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、特征和优点能更加的明显易懂，下面将结合附图对本发明专利的具体实施步骤做详细说明。需要说明是，附图采用简化的形式且均使用非精确的比例，仅用以方便、明确的说明本发明实施例的目的。

实施例1

一种高温作用下制备PMMA内部微通道的方法，其按如下步骤进行：

步骤一、首先确定阵列微孔的基本参数，本实施例考虑在表面能作用趋势下的PMMA表面流动影响规律。

如图2所示，对长方体硅聚合物PMMA进行打孔的技术操作。使用微纳米针进行打微孔操作，确定圆柱孔深度H、孔的直径D和孔之间的距离Ds等参数进行打孔操作，对于参数的调节至关重要，参数设置不同会得到较大差异的结果。在进行微纳米针打孔操作时，圆柱孔的尺寸要保持一致且在聚合物PMMA表面均匀分布。

步骤二、将已经打好的具有微圆柱阵列孔的PMMA长方体放置在高温加热平台上加热至材料的熔点150℃，熔融状态的PMMA会向着能量最小的趋势运动，此时打孔的聚合物表面会开始流动然后开孔愈合，形成内部的微结构。继续加热聚合物由于设置的孔深宽比较大，相邻孔的距离较小，所以内部结构会相互融合，如图1所示，即会沿着表面能最小的方向，最终达到一种能量最为稳定的状态，如图2所示。

实施例2

如图3所示，本实施例与实施例1的不同之处在于：采用本实施例方法制备PMMA内部微通道时，在打孔时制备一些不规则排列的微孔，从而可以根据这种方法制备不规则的内部微通道，极大地丰富了制备PMMA内部微结构的类型。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

其一，本发明是植根于在高温作用下熔融的PMMA会随表面能梯度流动，熔融的PMMA会在表面能的作用下实现表面微圆柱孔表面愈合，内部结构运动成型。将加热后熔融状态下聚合物的表面能会作用表面流动的思路运用到制备聚合物内部微通道的制备上。

其二，本发明制造规则排列的聚合物PMMA内部微通道的方法是在一片聚合物基材上面制备内部微通道，避免了两片聚合物热压键合工序带来的形状不定和位置偏移等问题。

其三，现有技术关于PMMA内部微通道的制备，大多是通过击穿两片PMMA材料获得微槽然后合二为一，所以制备的大多是横截面为矩形的通道。而本发明方法熔融聚合物在能量的驱使下表面会向着一种稳定态流动，所以最终横截面是圆形或椭圆形，圆形截面的内部微通道在微流控方面的应用要优于截面是矩形的微通道。

其四，本发明方法过程较为简单，且缩短了制作时长，使PMMA内部微通道的制备变得便捷，只需打孔时改变微型圆柱孔的位置然后加热形变即可。

上述仅为本发明的优选实施例。本发明并不限于以上实施例，从本发明公开内容，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也视为本发明的保护范围。