本發明涉及一種聚合物柔性薄膜的制備方法，具體涉及一種高精度聚合物柔性薄膜襯底的涂覆－超低溫磨削復合制備方法，屬于精密與超精密加工技術領域。

背景技術：

柔性電子技術是將有機或無機材料電子器件制作在柔性可延性塑料或薄金屬基底上的新興電子技術。隨著柔性電子研究的進一步發展，柔性電子器件制備工藝的不斷完善，未來相關柔性電子產品將會極大豐富并充斥市場，受到人們的熱烈追捧，并將引起電子技術的革命，對人類的生活產生重大影響。

柔性電子技術已經在太陽能電池、電子皮膚、柔性顯示和照明等領域已顯現出極大的發展潛力。柔性顯示和照明產品因其耐沖擊、抗震、質量輕、體積小以及攜帶方便等優點逐漸成為新一代產品的代表。以有機電致發光二極管(Organic Light-Emitting Diode，OLED)為例，因其具備自發光、無需背光源、對比度高、厚度薄、視角廣、反應速度快、可用于柔性面板、使用溫度范圍廣等優異特性，被應用到柔性照明和顯示器件中，被認為是下一代的新興照明顯示應用技術。

聚合物柔性薄膜有著良好的物理和化學性能，相比硅基材料有著更好的生物兼容性、電絕緣性和熱隔離性。常用的柔性薄膜材料有聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚對苯二甲酸乙二醇，聚碳酸酯等，根據實際需求其厚度需要控制在十幾微米到幾百微米的范圍。在實際應用過程中，聚合物柔性薄膜不僅需要承受拉伸、卷曲等大變形，更需要為上層結構的加工提供平坦的表面，因此其全局厚度均一性和表面局部平整性對柔性電子器件的物理性能有著顯著的影響。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種聚合物柔性薄膜磨削復合制備工藝，以解決聚合物薄膜加工制備過程中面形以及表面粗糙度不理想的問題。本發明所述方法采用涂覆和超低溫磨削復合加工聚合物，無需設計特殊模板，同時又適用于各種批量的生產和多品種、新產品的開發。

一種聚合物柔性薄膜的制備方法，所述方法為：

在超平滑襯底上涂覆聚合物并使其固化，得到聚合物薄膜；使聚合物薄膜發生玻璃化；對已玻璃化的聚合物薄膜的表面進行磨削處理，

其中，所述超平滑襯底的面形精度PV值為5μm～10μm，表面粗糙度小于5nm；所述聚合物為玻璃化溫度低于-20℃的高分子聚合物。

上述技術方案中，優選將聚合物薄膜與液氮接觸使聚合物薄膜發生玻璃化。

進一步地，在維持液氮與聚合物薄膜的表面相接觸的情況下，對已玻璃化的聚合物薄膜的表面進行磨削處理。

上述技術方案中，進一步地，將進行磨削處理后的聚合物薄膜置于常溫常壓下，既得目標聚合物薄膜。

上述技術方案中，所述超平滑襯底為可進行拋光加工的襯底材料，經過加工之后使其面形和粗糙度均達到面形精度PV(Peak Value)值為5μm～10μm，表面粗糙度小于5nm，如硅襯底、玻璃襯底等。

上述技術方案中，所述的聚合物為熱固性聚合物，常溫下為液體狀態，加熱后可以固化，優選為聚合物為聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氯乙烯(PVC)。

上述技術方案中，在將聚合物涂覆于襯底上時，可直接使用液態聚合物本身，也可使用聚合物溶于溶劑后形成的溶液等，其為本領域的現有技術，本領域的技術人員可使用現有技術公開的在襯底上制備聚合物薄膜的方法完成上述操作。

上述技方案中，優選所述在超平滑襯底上采用旋涂的方式在超平滑襯底上涂覆聚合物。

進一步地，優選利用勻膠機在超平滑襯底上旋涂聚合物，勻膠機轉速為500r/min～9000r/min；所述固化的溫度為30℃～95℃，固化時間至少1小時。

本發明所述聚合物柔性薄膜的制備方法優選對已玻璃化的聚合物薄膜的表面進行磨削處理，使聚合物薄膜表面的面形精度PV值小于1μm，表面粗糙度小于10nm。

本發明所述聚合物柔性薄膜的制備方法優選利用超精密數控磨床對表面已玻璃化的聚合物薄膜進行面形以及表面粗糙度加工處理。

進一步地，所述磨削可利用超精密銑設備配合不同目數的砂輪或者磨頭，將玻璃化后的聚合物薄膜進行磨削加工，使其面形精度小于1μm，表面粗糙度小于10nm。

本發明所述聚合物柔性薄膜的制備方法優選所述聚合物薄膜表面發生玻璃化的步驟在下述玻璃化裝置中進行：

所述玻璃化裝置包括箱體，所述箱體內置容器，所述容器設有側板和底板，所述底板與箱體的底板相固定；所述容器的側板與箱體的側板高度相同，用于支撐箱蓋；所述箱蓋由透明材料制得，且在箱蓋的中心部位設有加工孔，該加工孔用于使磨削刀具加工時進入容器內進行加工；所述容器的底板中心部分固定載物臺，載物臺兩個側邊通過螺紋連接部件固定壓條。

進一步地，將其上附著聚合物薄膜的襯底用壓條固定在載物臺上，并用螺紋連接部件緊固；將液氮以0.5L/min的速度倒入容器中，直到聚合物薄膜被浸沒為止，靜置3～5分鐘。

上述玻璃化裝置既能夠實現待加工樣品在液氮中浸泡，從而玻璃化，也可以對待加工樣品進行固定，避免由于超低溫帶來的影響。

本發明所述聚合物柔性薄膜的制備方法一個優選的技術方案為：

(1)使用超精密拋光機加工超平滑旋涂襯底，控制其面形精度PV值為5μm～10μm，表面粗糙度小于5nm；

(2)使用勻膠機在步驟(1)中制備的襯底上旋涂聚合物薄膜，并將其固化，固化的溫度為30℃～95℃，固化時間至少1小時；

(3)使用玻璃化裝置對聚合物薄膜進行“玻璃化”處理；

(4)利用超精密磨設備對玻璃化后的聚合物薄膜表面的面形以及表面粗糙度進行加工；

(5)恢復室溫，得到目標面形精度和表面粗糙度的聚合物薄膜。

本發明的有益效果：本發明所述方法實現了高精度聚合物柔性薄膜的機械加工，提高了聚合物薄膜的精度，并且使用機械加工的方法，不依賴于模板的精度，提高了加工效率。與現有技術比較，本發明所述的復合制備高精度聚合物薄膜的方法具有以下優點：1、通過高精度旋涂基底的制備，保證具有高尺寸精度，高表面質量的旋涂基底，為聚合物薄膜的機械加工減小加工余量。2、本發明可以在超低溫環境下，實現高效、精密的聚合物柔性薄膜材料復合制備，有效提高效率。

附圖說明

圖1是玻璃化裝置的示意圖；

圖2是超低溫磨削平臺示意圖；

圖3是實施例一聚合物常溫加工后表面高度特征，其中，圖中橫坐標為在X軸方向距離零點的距離，零點為旋涂得到的圓形聚合物薄膜的中心；

圖4是實施例一聚合物原始表面與超低溫磨削后表面高度特征對比，其中所測得的超低溫磨削后表面高度是將磨削后的聚合物薄膜置于常溫下測得的；

圖5是實施例二聚合物原始表面與超低溫磨削后表面高度特征對比，其中所測得的超低溫磨削后表面高度是將磨削后的聚合物薄膜置于常溫下測得的，

附圖標記如下：1、箱蓋，2、箱體，3、壓條，4、螺紋連接部件，5、載物臺，6、容器，7、電主軸，8、刀柄，9、液氮，10、力傳感器，11、磨頭，12、超精密機床，13、機架。

下述實施例中所用玻璃化裝置與磨削裝置，如圖1和2所示，

所述玻璃化裝置包括箱體2，所述箱體2內置容器6，所述容器6設有側板和底板，所述底板與箱體的底板相固定；所述容器6的側板與箱體的側板高度相同，用于支撐箱蓋1；所述箱蓋1由透明材料制得，且在箱蓋1的中心部位設有加工孔，該加工孔用于使磨削刀具加工時進入容器6內進行加工；所述容器6的底板中心部分固定載物臺5，載物臺5兩個側邊通過螺紋連接部件4固定壓條3。所述螺紋連接部件4為螺釘。

將玻璃化裝置置于力傳感器10上，力傳感器10置于超精密機床12的機架13上，超精密機床12的磨頭11固定在刀柄8上，刀柄連接電主軸7。磨頭11探入容器6內對聚合物薄膜進行加工。

具體實施方式

實施例一

在OLED制備過程中，要求襯底平整以減小由于“不平”給器件顯示帶來影響，因此對全局膜厚均一性以及局部表面平整性要求很高，較為平整的襯底可以大大提高此器件的發光性能，通常使用的薄膜厚度為10～200μm的襯底薄膜，厚度均一性小于2μm。同時，有研究者提出，當薄膜的表面粗糙度(Ra)小于0.5nm時，會為后續0.5～1.0nm的金屬層的濺射提供更好的襯底，可以提高OLED器件的色彩顯示清晰度，更加有利于制備顯示性能好且具有柔性性質的OLED器件。

用于制備該OLED的PDMS聚合物薄膜可以用所述旋涂-超低溫磨削復合制備方法獲得。

具體加工工藝步驟如下：

(1)獲得超平滑的旋涂襯底，本實施案例中選擇硅片作為襯底，采用拋光的方式對硅片進行精加工，使其面形精度PV值小于10μm，表面粗糙度Ra小于0.5nm，在旋涂前用超聲清洗，得到干凈平滑的旋涂襯底；

(2)將硅橡膠預聚物Sylgard 184與固化劑(Dow Corning，USA)以10:1的比例混合，并攪拌均勻，抽真空使其沒有氣泡，并使用勻膠機進行旋涂，旋涂厚度15μm，轉速3000r/min，旋轉120s，90℃烘箱中加熱固化；

(3)取出固化后的聚合物薄膜，用平面度儀以及白光干涉儀測量其面形精度1μm以及表面粗糙度0.01μm；要求面形精度小于0.7μm，并與需求進行對比，并估計去除量為0.3μm。

(4)將附著有聚合物薄膜的襯底夾持在玻璃化裝置的載物臺5上，將液氮以0.5L/min的速度倒入容器6中，傾倒5min，直到薄膜材料被浸沒為止，靜置5分鐘；

(5)待薄膜玻璃化之后，使用超精密磨頭進行磨削加工，使薄膜的面形小于0.7μm，表面粗糙度小于10nm。恢復室溫，得到目標面形精度和表面粗糙度的聚合物薄膜。

在液氮超低溫環境下表面玻璃化的PDMS經過磨削后的面形特征，從圖3、圖4中可以看出，PV值降低到0.02μm，表面粗糙度Ra為0.008μm，此樣品的表面質量優于旋涂法獲得的薄膜表面。

實施例二

用于制備該太陽能薄膜電池的PMMA聚合物薄膜可以用所述旋涂-超低溫磨削復合制備方法獲得。

具體加工工藝步驟如下：

(1)獲得超平滑的旋涂襯底，本實施案例中選擇硅片作為襯底，采用拋光的方式對硅片進行精加工，使其面形精度PV值小于10μm，表面粗糙度Ra小于0.5nm，在旋涂前用超聲清洗，得到干凈平滑的旋涂襯底，與實施例一相同；

(2)將PMMA顆粒溶解于苯甲醚溶液中，制備PMMA含量為6％的PMMA溶液，并使用勻膠機進行旋涂，并攪拌均勻，并使用勻膠機進行旋涂，旋涂厚度30μm，轉速1000r/min，旋轉120s，90℃烘箱中加熱固化；

(3)取出固化后的聚合物薄膜，用平面度儀以及白光干涉儀測量其面形精度3μm以及表面粗糙度0.01μm，要求面形精度小于1μm，并與需求進行對比，并估計去除量為2μm。

(4)將附著有聚合物薄膜的襯底夾持在玻璃化裝置的載物臺5上，將液氮以0.5L/min的速度倒入容器6中，傾倒5min，直到薄膜材料被浸沒為止，靜置5分鐘；

(5)待薄膜玻璃化之后，使用超精密磨頭進行磨削加工，使薄膜的面形精度小于0.7μm，表面粗糙度小于10nm。恢復室溫，得到目標面形精度和表面粗糙度的聚合物薄膜。

在液氮超低溫環境下表面玻璃化的PMMA經過磨削后的面形特征，從圖5中可以看出，PV值降低到0.01μm，表面粗糙度Ra為0.005μm，此樣品的表面質量優于旋涂法獲得的薄膜表面。

實施例三

用于輔助醫療用品的聚氯乙烯(PVC)聚合物也可以用所述旋涂-超低溫磨削復合制備方法獲得。具體加工工藝步驟如下：

(1)獲得超平滑的旋涂襯底，本實施案例中選擇硅片作為襯底，采用拋光的方式對硅片進行精加工，使其面形精度PV值小于10μm，表面粗糙度Ra小于0.5nm，在旋涂前用超聲清洗，得到干凈平滑的旋涂襯底，與實施例一、二相同；

(2)將PVC顆粒溶解于環己酮或四氫呋喃中，制備PVC含量為15％的溶液，并使用勻膠機進行旋涂，并攪拌均勻，并使用勻膠機進行旋涂，旋涂厚度20μm，轉速2000r/min，旋轉100s，90℃烘箱中加熱固化；

(3)取出固化后的聚合物薄膜，用平面度儀以及白光干涉儀測量其面形精度3.7μm以及表面粗糙度0.01μm，要求面形精度小于1μm，并與需求進行對比，并估計去除量為2.7μm。

(4)將附著有聚合物薄膜的襯底夾持在玻璃化裝置的載物臺5上，將液氮以0.5L/min的速度倒入容器6中，傾倒5min，直到薄膜材料被浸沒為止，靜置5分鐘；

(5)待薄膜玻璃化之后，使用超精密磨頭進行磨削加工，使薄膜的面形精度小于0.8μm，表面粗糙度小于10nm。恢復室溫，得到目標面形精度和表面粗糙度的聚合物薄膜。

在液氮超低溫環境下表面玻璃化的PVC經過磨削后的面形特征，PV值降低到0.3μm，表面粗糙度Ra為0.007μm，此樣品的表面質量優于旋涂法獲得的薄膜表面。

以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。