资讯丨上海中科院——“蛛丝光刻胶”

      提到蜘蛛丝,大家很容易想到“蜘蛛侠”,仅仅利用手臂上发射出的蜘蛛丝绳索,蜘蛛侠就可以自由穿梭在高楼大厦之间,这纤细的蜘蛛丝和硕大的人体形成了鲜明的对比,想必这蜘蛛丝一定很结实!

 

     回到现实中的自然界,大家小时候一定有蹲在花丛中观察蜘蛛织网的经历,似乎有源源不断的丝线从蜘蛛腹部拉出,先固定经线,再由内向外一圈一圈纺出纬线,一张张规整、漂亮的蛛网不但是蜘蛛生活的家,还成为它捕捉猎物的有力武器。即便是飞翔的昆虫撞了上去,蛛网也只是轻微颤抖后很快回复平静,仍然保持结构完整无恙,想必这蜘蛛丝一定很强韧!

 

      蜘蛛丝蛋白是蜘蛛丝的主要成分,包含甘氨酸、丙氨酸以及少量的丝氨酸,加上其它氨基酸单体蛋白质分子链构成。外观上又细又柔软的蜘蛛丝之所以具有极好的弹性和强度,一方面在于,蜘蛛丝中具有不规则的蛋白质分子链(非晶区),这使蜘蛛丝具有弹性;另一方面,蜘蛛丝中还具有规则的蛋白质分子链(结晶区),这又使蜘蛛丝具有强度。

 

       实验表明,一束由蜘蛛丝组成的绳子比同样粗细的钢丝绳还要坚强有力,它能够承受比钢丝绳还多5倍的重量而不会断裂。尽管蜘蛛丝具有如此出众的材料特性,但天然蜘蛛丝蛋白主要来源于蛛网,产量非常低,质量不均一,而且蜘蛛具有攻击同类的天性,无法像家蚕一样大规模养殖,所以直接从自然界获取蜘蛛丝蛋白比较困难。

 

      光刻胶是半导体技术中微细图形加工的关键材料。利用光化学反应使光刻胶的溶解度发生变化(正性光刻胶:难溶→易溶;负性光刻胶:易溶→难溶),经曝光(通过紫外光、电子束、X射线、离子束等曝光源的照射或辐射)、显影(用溶剂洗去正性光刻胶的曝光区域和负性光刻胶的未曝光区域)、刻蚀等工艺将所需要的微细图形从掩模版转移到待加工基底上的图形转移介质。

 

      提升光刻胶的分辨率是发展集成电路与芯片先进制造工艺的重要途径,而光刻胶的分子组成、结构形态、机械性能与其光刻分辨率密切相关。电子束光刻精度极高,由于电子束的等效波长比光的波长要小很多,其精度已突破百纳米量级可达纳米量级,是加工二维平面图形获得最小尺寸的标准工具。如何把电子束光刻的能力拓展到真三维微纳加工是研究者长久以来努力的主要方向。

 

1. 基因重组蜘蛛丝蛋白的3D电子束光刻流程

 

中      国科学院上海微系统与信息技术研究所陶虎研究员团队与上海交通大学夏小霞、钱志刚教授合作,运用生物工程技术,创新开发水系基因重组蜘蛛丝蛋白光刻胶,整个光刻过程中仅使用纯水作为溶剂和显影液,避免引入或产生有毒有害化学污染。通过设计和优化重组蜘蛛丝基因片段和分子量,转入大肠杆菌表达来实现批量生产多种规格蜘蛛丝蛋白。相对传统电子束光刻采用高电压(几十kV)和薄胶(几十纳米)以保证光刻的准直度和分辨率,陶虎团队反其道而行,从低电压(几kV)和厚胶(几微米)入手,结合基于百万级数量电子的大规模仿真模拟,实时控制加速电压调控电子在蜘蛛丝蛋白光刻胶里的穿透深度、停留位置和能量转移行为,在三维空间内准确定义了电子束在蜘蛛丝蛋白光刻胶中纳米尺度的曝光区域,实现了分子级别精度的真三维纳米功能器件直写(如图1所示)。该技术加工精度可达14 nm,接近天然蜘蛛丝蛋白单分子尺寸(~10 nm),较之前技术提升了1个数量级(如图2所示)。

 

 

2. 高精度三维纳米直写技术与当前其他加工方法的对比

 

      基因重组蜘蛛丝蛋白优异的机械强度为复杂三维纳米结构提供了关键支持,有效提升了纳米尺度下结构的稳定性。良好的生物相容性允许进一步通过功能化,赋予其对光、热、酸碱度的敏感响应特性,实现“可载药、可驱动、可降解”的4D纳米功能器件(时空可变形),在智能仿生感知、药物递送纳米机器人、类器官芯片等研究领域具有明确的应用前景(如图3所示)。相关研究成果以 3D electron-beam writing at sub-15 nm resolution using spider silk as a resist 为题于2021年8月26日发表在 Nature Communications 12, 5133 (2021)。

 

 

3. 系列基因重组蜘蛛丝蛋白4D纳米功能器件

 

该       论文的第一通讯单位为中科院上海微系统所,通讯作者为上海微系统所陶虎研究员和上海交通大学夏小霞教授。该工作得到国家科技创新2030重大项目、国家重点研发计划、国家自然科学基金优秀青年基金、中国科学院基础前沿科学研究计划“从0到1”原始创新项目、上海市优秀学术带头人计划等相关研究计划的支持。 

来源:中国科学院上海微系统与信息技术研究所

 

 

 

 

这里有一种新涂料能帮上你的忙!



T-5电镀专用型可剥性保护涂料以新型高分子材料为基料,采用先进工艺制造,适用于各种电镀条件下的暂时性局部保护。


 

该涂料综合性能优越,实用效果好,其主要特点如下:

 

新涂料 优点1

NO. 1

室温固化,固化时间短,使用方便,工艺简单

胶膜兼有高强度及高弹性。

对各种金属基材附着力均匀适中,保护效果好,又容易剥离。

NO. 2

耐酸、碱和氧化剂;耐高温。

组份稳定,在电镀液及其它介质中不分解

不迁移渗出,对电镀液性能无影响。

NO. 3

涂料的流平性好,适用各种涂装工艺

涂膜均匀一致,具有良好的刻型性

稳定性好,不沉降,贮存期长。

Hello

 

 

新涂料 优点2

NO. 1

无苯

 

NO. 2

低毒

 

NO. 3

不燃不爆

 

 

1无苯

上世纪八十年代,西北院研制生产的T-8709保护涂料,在国内电镀行业得到广泛应用。

 

      但该产品以苯类物质为溶剂,随着科学技术的发展,同时环保法规的建立及人们环保意识的增强,苯类溶剂的高毒性逐渐被人们所认识,接触或吸入苯蒸汽会对人体造血系统,肝、肾等多种器官造成严重损害,引发多种癌症。

 

      世界卫生组织已明确标定苯类溶剂为强致癌物,欧盟及美国相关标准严禁在涂料,油漆类产品中使用苯类溶剂。

 

      我国卫生部公布的数字及相关报道显示,近年来国内已发生多起由苯类溶剂中毒引发的癌症病例。

 

T-5电镀专用型保护涂料采用无苯溶剂体系,消除了苯类物质对人体和环境的危害。

 

2低毒

 

      无苯并不表明无毒,许多非苯类化学物质其毒性比苯类还要大。T-5电镀专用型保护涂料采用无毒填充材料及低毒或微毒有机溶剂,相对无毒,对人体及环境不构成危害

GB5044-85《职业性接触毒物危害程度分级》与T-5涂料LC50

 

  

(极度危害)

(高度危害)

(中度危害)

(轻度危害)

吸入半致死量

LC50mg/m3

<200

200-

2000-

>20000

T-3A涂料

LC50mg/m3

 

 

 

50427

 

3安全性高

 

       T-5电镀专用型保护涂料采用特殊溶剂体系及专用阻燃防爆助剂,属不燃、不爆品。在明火、静电、撞击、摩擦、高温等条件下安全性稳定,其蒸汽与空气不形成爆炸性混合物

4不含迁移性油类增塑剂及含硫化合物

 

      迁移性油类增塑剂及含硫化合物在一定条件下会迁移析出,污染电镀液,造成镀层牢固强度及光亮度下降,出现针孔,气泡等镀层质量问题。

 

       T-5电镀专用型保护涂料不含迁移性油类增塑剂及含硫化合物,可防止或消除上述电镀质量问题。

 

5高粘度体系及溶剂梯式挥发

 

      T-5电镀专用型保护涂料采用高粘度体系及溶剂梯式挥发模式,可减少涂胶次数,缩短固化周期,大大提高生产效率。

溶剂体系稳定

 

      6T-5电镀专用型保护涂料采用特殊气态稳定剂及复合配比,提高了溶剂体系的化学稳定性,消除或降低了在特殊条件下腐蚀现象的发生。

产品总体质量高

 

       7T-5电镀专用型保护涂料采用先进设备及工艺生产,产品质量高,总体细度可达50um以下,无目视杂质及沉降,涂层光滑平整,无颗粒,无气泡,可防止漏镀漏蚀的发生 

T-5电镀专用型保护涂料主要技术指标 

 

项目

技术指标

胶液性能

外观

黑色粘稠液体,无目视杂质

细度(um)

≤50

粘度(s)

≥70

固体含量(%)

≥25

干燥时间(h)23℃±2℃

≤8

贮存期(年)

1

安全性

不燃、不爆

胶膜性能

耐酸性

20%HCl  室温≤1h

涂层无起泡,无脱落,与底金属界面无开裂,底金属无腐蚀,易剥离

50%H2SO4  室温≤1h

50%HNO3  室温≤1h

耐碱性

20%NaOH  100℃≤1h

涂层无起泡,无脱落,与底金属界面无开裂,底金属无腐蚀,易剥离

20%NaOH  室温≤1h

剥离强度(N/m)

300-600

涂膜拉伸强度(MPa)

≥5

涂膜伸长度(%)

≤600

耐温性(℃)

≤100

 


 

使用说明

 

 

 

表面处理

 

       为了保证涂层对底材粘着的均匀和牢固性,工件表面不允许存在油污、灰尘、水份等杂质。局部电镀工件按电镀前处理即可。

 

涂覆工艺

 

      涂覆条件:25~80℃RH< 90% 通排风良好。涂覆可采用浸涂或刷涂两种方法,还可采用设备进行喷涂。

 

      在工件较小而需保护面积较大时,一般采用浸涂方法,将涂料置于一较大容器,用挂具将工件浸涂1~2次,室温干燥或烘干,每次间隔1小时,涂层厚度0.20.4mm

 

        局部电镀通常采用浸涂施工,在工件较大而需保护面积较小时,可采用刷涂施工,刷涂面积要比需保护面大一些,刷涂2次,室温干燥或烘干,每次间隔1小时,涂层厚度0.20.4mm。采用喷涂工艺时,将涂料粘度调整为30~40S,以适合喷涂要求。

 

干燥固化

 

      固化条件:室温(25~80℃);时间4~8小时。涂层一般要经过表干,实干和完全固化三个阶段。在室温条件下,每道涂层间隔需1小时,最后一道涂完后,需放置8小时后,才可进行下一步操作。

 

划线刻型

 

       经过固化后的涂层,按设计要求划线,用手术刀或刀片刻型,撕掉非保护面胶膜时,对保护面胶膜不能造成损坏,也不能使保护面胶膜与底材分离,以免发生漏镀或漏蚀现象。

 

检查修补

 

      在电镀工序前,对涂层进行全面检查。特别是保护面与非保护面分界处和工件棱角处,如果发现涂层欠缺或分界处脱落,必须进行修补,经检验合格后方可进行电镀。

 

 

 

 

惊奇!此神秘胶条专治隧道疑难杂症!

西北橡胶塑料研究设计院有限公司,自主研发的水密橡胶条配套。

 

在华中地区首条内河沉管隧道襄阳市东西轴线鱼梁洲段项目东汊沉管钢端封门。

 

解决了沉管端封门密封难度大和可拆卸循环利用的问题

 


 

 

国内外首创

预制装配式端封门

 

     该项目采用国内外首创预制装配式端封门,装配我院设计研发的水密橡胶条。

 

     该密封条替代钢板焊接密封止水,密封效果良好,可循环利用,降低成本,为沉管起浮出坞、浮运以及水下沉放和对接等施工做水密保障。

 

   项目取得实用新型专利一项,专利号为ZL 202020476683.9

 

 

 

 

 

 

 

水密橡胶哪家强?西北橡院找权钢

       西北橡胶塑料研究设计院有限公司,自主研发的橡胶止水带。在厦门第二东通道项目——跨海大桥预制承台中,为承台施工奠定良好的水密保障。

 

 

 

 

 

 

 

两大特色

橡胶止水带

 

1遇水膨胀橡胶止水带

2三元乙丙橡胶止水带

 

     橡胶止水带分为遇水膨胀橡胶止水带和三元乙丙橡胶止水带。

 

      替代了充气膨胀橡胶气囊,解决了原止水材料安装工艺复杂,操作难度大,易破损漏气和成本高等问题。

 

      橡胶止水带安装方便,密封效果良好,为跨海大桥预制承台施工做良好的水密保障。

 

      橡胶止水带取得实用新型专利一项,专利号为ZL 202022563461.3。