[發(fā)明專利]微米/亞微米金屬環(huán)和開口金屬環(huán)的制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710020649.X
• 申請日: 2007-03-19
• 公開（公告）號: CN101070139A
• 公開（公告）日: 2007-11-14
• 發(fā)明（設計）人: 孟濤;祝名偉;潘劍;唐超軍;詹鵬;王振林;閔乃本
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: B81B1/00
• 分類號: B81B1/00
• 代理公司: 南京蘇高專利事務所
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發(fā)明涉及一種二維有序微米/亞微米金屬環(huán)和由微米/亞微米開口金屬環(huán)二維有序陣列而形成的人工磁性特異材料的制備方法。

背景技術

二維有序微米/亞微米金屬環(huán)和開口金屬環(huán)制備技術是一項具有重要應用背景的技術。由于微米/亞微米金屬環(huán)可調的等離激元共振，微米/亞微米開口金屬環(huán)的磁響應等新穎的電磁性質，微米/亞微米金屬環(huán)和開口環(huán)在光學器件、高密度存儲、負折射材料等領域具有潛在的應用。目前制備微米/亞微米金屬環(huán)和開口環(huán)的方法主要有光刻、電子束或離子束刻蝕、聚焦離子束直寫、微接觸印刷等，大多需要設備復雜的微加工技術，耗時長且成本高。

發(fā)明內容

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是提供一種工藝簡單、成本較低的參數(shù)可調的微米/亞微米金屬環(huán)和開口金屬環(huán)的制備方法。

技術方案：本發(fā)明所述的微米/亞微米金屬環(huán)的制備方法，包括以下步驟：

1、通過自組織技術在硅襯底上排列微米/亞微米二氧化硅(SiO₂)微球，獲得高度有序的二維膠體晶體；然后在略高于SiO₂軟化溫度的環(huán)境下進行高溫退火，使得微球與硅襯底之間形成牢固連接；將退火過的樣品放在氫氟酸(HF)蒸汽中進行適當?shù)幕瘜W腐蝕，并進一步經(jīng)過二次高溫退火，形成非密堆積的半球形SiO₂二維有序結構。其中自組織技術屬于公知技術，本專利可采用本專利申請人在先一項專利號為ZL031319890所公開的技術。

2、將含有聚合物的氯仿溶液填充到以硅片為襯底的SiO₂半球點陣的間隙中，控制填充溶液的濃度和體積使得到的聚合物膜厚低于SiO₂微球高度，生成聚合物/SiO₂的復合膜。

3、將上述有機/無機復合介質膜置于HF蒸汽中，進行二次腐蝕，部分去除SiO₂微球，使得聚合物與二氧化硅顆粒之間出現(xiàn)環(huán)形的空隙，得到多孔的聚合物/SiO₂復合模板。

4、在環(huán)形孔的聚合物/SiO₂復合介質模板表面進行金屬濺射，然后通過化學方法溶解去除聚合物/SiO₂復合模板，即得到二維有序微米/亞微米金屬環(huán)陣列結構。

在上述技術方案中，如果在實施步驟(4)之前，將樣品在酒精溶液中浸沾后提出，利用液流輔助作用使聚合物薄膜發(fā)生微移，從而使得原先對稱的環(huán)形孔隙變?yōu)槠沫h(huán)形孔隙；在具有偏心環(huán)形孔隙的聚合物/SiO₂復合介質模板表面進行金屬濺射，然后通過化學方法溶解去除聚合物/SiO₂復合模板后，即得到由微米/亞微米開口金屬環(huán)形成的二維有序的人工磁性特異材料。

有益效果：本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有以下突出優(yōu)點：

1、結構參數(shù)可以控制，金屬環(huán)和開口環(huán)的內外徑和厚度可調，周期可控。兩次化學腐蝕的時間可分別調控金屬環(huán)和開口環(huán)的外徑、內徑；濺射金屬的厚度決定金屬環(huán)和開口環(huán)的厚度；最初的二維膠體晶體的周期決定了金屬環(huán)和開口環(huán)的周期。

2、金屬環(huán)和開口環(huán)的單分散性好，通過金屬濺射得到的金屬環(huán)和開口環(huán)厚度均勻，界面清晰。

3、利用金屬濺射，可以選擇的金屬種類較多。所選的金屬只需耐HF溶液以及甲苯、丙酮的混合溶液的腐蝕均可。

4、工藝簡單，對設備要求不高，費用低廉。

附圖說明

圖1是制備過程的示意圖，其中A)退火；B)化學腐蝕；C)退火；D)填充聚合物聚苯乙烯(PS)；E)部分腐蝕SiO₂；F)部分腐蝕SiO₂，浸入乙醇并緩慢拉出；G)濺射金屬并去除模板。

圖2是制備過程中主要步驟的掃描電鏡圖，其中(A)非密堆SiO₂；(B)非密堆半球形SiO₂；(C)PS/SiO₂環(huán)形多孔模板；(D)PS/SiO₂開口環(huán)形多孔模板。

圖3是制備的金屬環(huán)和開口環(huán)的掃描電鏡圖。

具體實施方式

實施例1：所選微米/亞微米二氧化硅微球直徑為1550nm(200nm～10μm之間均可)，所填充聚合物為聚苯乙烯(PS)(或其它有機聚合物)，濺射金屬材料為金。二維有序微米/亞微米金環(huán)制備方法是：