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閱讀：29發(fā)布時(shí)間：2025-2-21
聚二甲基硅氧烷(PDMS)是一種高分子有機(jī)硅化合物，通常被稱為有機(jī)硅，液態(tài)時(shí)為黏性液體，稱做硅油，固態(tài)時(shí)為一種硅膠，PDMS基體呈無色透明，無毒害且絕緣，其分子結(jié)構(gòu)式如下圖所示:
PDMS分子結(jié)構(gòu)圖
聚二甲基硅氧烷（PDMS）是一種高分子聚合物。由于其的延展性、光學(xué)性能、絕緣性、耐腐蝕性、生物相容性、易加工性和低成本，使其成為柔性電子領(lǐng)域的熱門材料之一。然而，PDMS的表面是天然疏水的。果不對(duì)表面進(jìn)行改性，就不能與均質(zhì)和非均質(zhì)材料形成不可逆的鍵合，這大大限制了它的應(yīng)用空間。
目前，PDMS與硅基材料的低溫鍵合有多種方法。在硅-PDMS多層結(jié)構(gòu)微閥的制備過程中，將PDMS直接旋涂固化在硅片上，實(shí)現(xiàn)硅-PDMS薄膜的直接鍵合。這種方法屬于可逆鍵合，鍵合強(qiáng)度不高。在制作生物芯片時(shí)，用氧等離子體分別對(duì)PDMS和硅襯底進(jìn)行氧化層掩模處理，然后將它們鍵合在一起。
這種方法實(shí)際上是PDMS與SiO2掩模層的鍵合，但硅表面熱氧化法制備的SiO2膜層與PDMS的鍵合效果并不理想。采用氧等離子體表面處理技術(shù)，在常溫常壓下成功地實(shí)現(xiàn)了PDMS與具有鈍化層的硅片的鍵合。在利用氧等離子體改性實(shí)現(xiàn)PDMS與其他基材的粘接技術(shù)中，一般認(rèn)為，氧等離子體表面改性后，PDMS基材與覆蓋片應(yīng)立即粘接，否則PDMS表面會(huì)受到很快恢復(fù)疏水性，導(dǎo)致粘結(jié)失效，因此可操作的工藝時(shí)間相對(duì)較短，一般為1～10分鐘。通常，PDMS襯底和待鍵合的硅襯底上都有相應(yīng)的微結(jié)構(gòu)，鍵合前需要一定的時(shí)間對(duì)結(jié)構(gòu)圖案進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)。因此，如何延長(zhǎng)PDMS活性表面的使用期限，成為保證粘接質(zhì)量的關(guān)鍵。
氧等離子體處理后的PDMS表面引入了親水性的-OH基團(tuán)，取代了-CH基團(tuán)，使PDMS表面表現(xiàn)出的親水性。同樣，由于硅襯底經(jīng)過濃硫酸處理，表面含有大量的Si—O鍵。在氧等離子體處理過程中，Si-O鍵被打斷，從而在表面形成大量的Si懸空鍵。通過吸收空氣-OH，形成Si-OH鍵。處理后的PDMS附著在硅表面上，在兩個(gè)表面上的Si-OH之間發(fā)生以下反應(yīng)：2Si-OH®Si-O-Si+2H2O。硅襯底與PDMS之間形成了較強(qiáng)的Si—O鍵，從而完成了兩者之間的不可逆鍵合。
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