本發(fā)明專利技術(shù)是一種利用溶劑滲透的方法制備微納結(jié)構(gòu)的納米壓印方法。其特征在于：首先利用聚合物溶液和硅橡膠(PDMS)軟模板進行聚合物溶液的微納結(jié)構(gòu)預(yù)成型，然后利用聚合物溶液中的溶劑向PDMS模板的滲透使聚合物析出的方法實現(xiàn)聚合物微納結(jié)構(gòu)的成型。這種制備微納結(jié)構(gòu)的方法適合多種聚合物以及聚合物/納米粒子共混物的微納結(jié)構(gòu)加工，對成型材料限制少，適用范圍廣；成型過程中無需紫外光或者加熱輔助固化，成型設(shè)備簡單，成本低。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種微納結(jié)構(gòu)的制備方法，屬于微納加工領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
隨著電子設(shè)備向小型化、輕型化、低成本、多功能方向的發(fā)展，微納結(jié)構(gòu)的加工技術(shù)面臨這愈來愈多的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的光刻技術(shù)雖然技術(shù)成熟，但是光刻設(shè)備成本高，進一步縮小加工尺寸難度大，從而各種其他類型的微納加工技術(shù)作為下一代光刻技術(shù)得到了蓬勃的發(fā)展，納米壓印技術(shù)就是其中之一。納米壓印是采用具有納米圖案的模板與基板上的聚合物薄膜接觸壓出納米級圖形，相比傳統(tǒng)光刻有以下幾個優(yōu)點(1)納米壓印是靠接觸施壓而不是采用光刻膠曝光的方法完成模板圖形的轉(zhuǎn)移，從而納米壓印技術(shù)的分辨率不受曝光波長的限制，成本低更低、分辨率更高；(2)對于傳統(tǒng)光刻技術(shù)，有機光刻膠層一般只是圖 基板上，這種圖形轉(zhuǎn)移的方法對有機功能材料的微納結(jié)構(gòu)成型并不適用，因為無論是干法還是濕法刻蝕都會對有機功能材料本身的分子結(jié)構(gòu)造成破壞或者污染，而納米壓抑技術(shù)在成型圖形的過程中不破壞有機分子的分子鏈結(jié)構(gòu)，從而能夠保持功能材料本身的性能；(3)傳統(tǒng)光刻技術(shù)成型的圖形一般是二維平面圖形，在制備三維納米結(jié)構(gòu)的時候需要采用套刻工藝，工藝比較復(fù)雜，成型難度大，而納米壓印工藝可以通過電子束直寫技術(shù)加工出帶有三維結(jié)構(gòu)的模板，然后利用三維模板對聚合物薄膜進行三維壓印，一次成型三維微納結(jié)構(gòu)，工藝過程大為簡化，而且精度更高。這些優(yōu)點使的納米壓印技術(shù)成為學(xué)術(shù)和產(chǎn)業(yè)界共同關(guān)注的下一代微納加工技術(shù)。現(xiàn)階段的納米壓印技術(shù)一般是通過外加紫外光照射促使紫外敏感光刻膠固化(紫外納米壓印技術(shù))或者通過熱壓的方法(熱壓印技術(shù))將納米圖形從模板轉(zhuǎn)移到聚合物層。這兩種納米壓印方法對聚合物層都有具體的要求，比如，對于紫外納米壓印技術(shù)，聚合物光刻膠必須對紫外光敏感，能夠在紫外光照射下迅速固化；對于熱壓印的光刻膠，要求聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度較低，當(dāng)溫度達(dá)到玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上時在壓力作用下具有良好的流動性，從而能夠滿足納米壓印光刻膠要求的聚合物種類并不多，功能化的納米壓印光刻膠就更少。另外，無論是紫外納米壓印還是熱壓印技術(shù)都需要相應(yīng)的紫外光設(shè)備或者熱壓設(shè)備，這本身就增加了納米壓印技術(shù)設(shè)備的復(fù)雜程度。本專利技術(shù)采用溶劑滲透的方法通過軟模板制備微納結(jié)構(gòu)圖案，此方法適合多種聚合物以及聚合物/納米粒子共混物的微納結(jié)構(gòu)加工，對成型材料限制少，適用范圍廣，成型過程中無需紫外光或者加熱輔助固化，成型設(shè)備簡單，成本低，從而具有更為廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)提出了一種利用溶劑滲透使聚合物從溶液中析出從而完成微納結(jié)構(gòu)成型的微納加工方法，與傳統(tǒng)納米壓印技術(shù)相比，此方法可以對多種聚合物或者聚合物/納米粒子共混物進行微納結(jié)構(gòu)的加工，加工過程中不需要紫外光或者熱壓設(shè)備，是一種簡單、有效、適用范圍更廣的納米壓印方法。本專利技術(shù)的工藝過程如下I、利用傳統(tǒng)光刻或者電子束光刻技術(shù)制備出具有微納結(jié)構(gòu)的母模，母模材料可以是石英、PMMA、環(huán)氧樹脂、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)等。2、利用PDMS、聚氨酯或者全氟聚醚進行對母模進行翻模，得到軟模板。3、將聚合物用適合的溶劑配成聚合物溶液，溶液的濃度和粘度要根據(jù)溶液對模板的浸潤情況、要求制備的微納結(jié)構(gòu)高度來在溶液的固含量和流動性之間找到平衡點，即在聚合物溶液可以順利填充的情況下使溶液的固含量盡量大。4、旋涂或者噴涂聚合物溶液，使聚合物溶液在基底上形成厚度均勻的聚合物溶液 薄膜，聚合物溶液的旋涂速度及時間或者噴涂的時間要根據(jù)要成型的聚合物微納結(jié)構(gòu)圖形的高度來確定，即溶劑完全揮發(fā)后聚合物薄膜的厚度約等于微納結(jié)構(gòu)圖形的高度。5、將軟模板從聚合物溶液薄膜的一邊逐步覆蓋到聚合物溶液膜上，覆蓋完后在軟模上施加壓力，促進聚合物溶液的進一步填充以及軟模和基底之間的接觸，保持壓力3 10分鐘，使聚合物溶液中的溶劑充分滲透到軟模板中，聚合物在軟模板的微納結(jié)構(gòu)中析出，從而完成聚合物層上微納結(jié)構(gòu)圖形的成型。6、輕輕撕下軟模板，完成脫模過程，微納結(jié)構(gòu)圖形被留在了基底上，將帶有微納結(jié)構(gòu)的基底放入烘箱，在所用溶劑的沸點以下加熱烘干，使聚合物中的殘留溶劑完全揮發(fā)，得到制備好的聚合物微納結(jié)構(gòu)圖形。整個過程的流程圖如圖I所示附圖說明圖I溶劑滲透軟刻蝕流程圖，溶劑滲透納米壓印流程2微米級凹槽80°C傾角掃描電鏡照片圖3 (a) P3HT光柵掃描電鏡照片圖3 (b) P3HT光柵橫截面掃描電鏡照片圖4 (a) P3HT點陣掃描電鏡照片圖4(b)P3HT點陣原子力顯微鏡照片圖5P3HT/PCBM共混物光柵80 V傾角掃描電鏡照片具體實施實例:實施實例II、光刻微米級模板，得到二氧化硅微米級光刻模板。2、將PDMS與固化劑按重量比10 I的比例混合均勻，真空狀態(tài)下脫氣20分鐘后，將PDMS澆注到光刻模板表面，80°C下加熱2小時，自然冷卻，將PDMS軟模板從光刻模板上輕輕撕下，等到表面帶有微米級結(jié)構(gòu)圖形的PDMS軟模板。3、將P3HT和鄰二氯苯按20mg/ml的比例配成P3HT溶液，50°C下電磁攪拌4小時，得到透明的紅色P3HT溶液。4、將配制好的P3HT溶液旋涂成膜在清洗干燥好的玻璃載玻片上，旋涂參數(shù)為轉(zhuǎn)速500rpm/min,加速度100rpm/s,旋涂時間60s。5、將PDMS軟模板從一邊輕輕接觸P3HT溶液膜，然后逐步覆蓋到整個P3HT溶液膜，施加IMPa的壓強并保持3分鐘。6、去除壓強，將PDMS軟模板從載玻片上撕下，將載玻片放到烘箱中80°C下烘干60分鐘，得到P3HT上微米級結(jié)構(gòu)圖案如圖2所示實施實例2I、壓制周期750nm,寬度350nm,高度150nm的PET光柵結(jié)構(gòu)2、將PDMS與固化劑按重量比10 I的比例混合均勻，真空狀態(tài)下脫氣20分鐘后，將PDMS澆注到光刻模板表面，80°C下加熱2小時，自然冷卻，將PDMS軟模板從PET模板上輕輕撕下，得到表面帶有光柵結(jié)構(gòu)的PDMS軟模板。 3、將P3HT和鄰二氯苯按100mg/ml的比例配成P3HT溶液，50°C下電磁攪拌4小時，得到透明的紅色P3HT溶液。4、將配制好的P3HT溶液旋涂成膜在清洗干燥好的玻璃載玻片上，旋涂參數(shù)為轉(zhuǎn)速 1000rpm/min,加速度 1000rpm/s,旋涂時間 30s.5、將PDMS軟模板從一邊輕輕接觸P3HT溶液膜，然后逐步覆蓋到整個P3HT溶液膜，施加3MPa的壓強并保持3分鐘。6、去除壓強，將PDMS軟模板從載玻片上撕下，將載玻片放到烘箱中80°C下烘干60分鐘，得到P3HT光柵結(jié)構(gòu)如圖3所示實施實例3I、壓制周期800nm，寬度直徑400納米，深度350nm，深度80nm的圓孔點陣結(jié)構(gòu)2、將PDMS與固化劑按重量比10 I的比例混合均勻，真空狀態(tài)下脫氣20分鐘后，將PDMS澆注到光刻模板表面，80°C下加熱2小時，自然冷卻，將PDMS軟模板從PET模板上輕輕撕下，得到表面帶有棒狀結(jié)構(gòu)的PDMS軟模板。3、將P3HT和鄰二氯苯按50mg/ml的比例配成P3HT溶液，50°C下電磁攪拌4小時，得到透明的紅色P3HT溶液。4、將配制好的P3HT溶液旋涂成膜在清洗干燥好的玻璃載玻片上，旋涂參數(shù)為轉(zhuǎn)速 700rpm/min,加速度 1000rpm/s,旋涂時間 30s.5、將PDMS軟模板從一邊輕輕接觸P3HT溶液膜，然后逐步覆蓋到整個P3HT溶液膜，施加3MPa的壓強并本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種微納結(jié)構(gòu)的加工方法，其特征在于：采用聚合物或者聚合物/納米粒子共混物溶液和軟模板進行預(yù)成型，然后通過溶劑滲透方法去除溶劑使聚合物析出形成微納結(jié)構(gòu)圖案，過程中無需紫外光或者加熱固化過程。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王金合，閔國全，宋志棠，周偉民，張靜，張燕萍，
申請(專利權(quán))人：上海市納米科技與產(chǎn)業(yè)發(fā)展促進中心，
類型：發(fā)明
國別省市：
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