[發明專利]一種基于褶皺的金屬表面納米結構制備方法

有效

• 申請號: 201410057975.8
• 申請日: 2014-02-20
• 公開（公告）號: CN103789741A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 劉前
• 申請（專利權）人: 蘇州華維納納米科技有限公司
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/20;B82Y40/00
• 代理公司: 蘇州慧通知識產權代理事務所(普通合伙) 32239
• 代理人: 丁秀華

技術領域

本發明涉及一種金屬薄膜表面納米結構的制備方法，尤其涉及一種基于褶皺的金屬表面納米結構制備方法。

背景技術

具有一定周期性的褶皺結構是自然界中普遍存在的現象。從巍峨的山脈地形到人類皮膚的皺紋，其特征波長可以從10³10^-3m。簡單的說，能夠形成周期褶皺結構的材料體系都可以簡化成在較厚的彈性基底上附著薄而硬的表皮。由于材料性能的變化或是在外界載荷的作用下，當表皮所受的壓應力達到臨界值時就可能產生周期性的褶皺結構。迄今為止，褶皺的研究主要集中于在較厚的彈性聚合物(如PDMS)上附著較硬的表皮這種體系。較硬的表皮可以通過物理處理(如：表面氧化，紫外曝光等)使得聚合物表面改性獲得，也可以通過沉積金屬薄膜作為表皮。采用這種簡單的厚彈性基底加剛性表皮的雙層結構作為模型的研究表明，褶皺取向與壓應力方向垂直，周期受材料固有力學性能及表皮厚度控制，而與壓應力大小無關(J.Genzer，J.Groenewold，Soft?Matter2，310(2006))。Bowden(Nature?Mater.3，545-550(2004)，Appl.Phys.Lett.75，2557-2559(1999).)等人通過將熱膨脹狀態下的PDMS利用等離子氧化改變PDMS表層的性能或者在PDMS上沉積金屬薄膜，然后冷卻形成褶皺結構，所形成的褶皺取向隨機分布，周期在10μm量級。同時，他們還發現通過PDMS基底上預制的三維形貌可以影響壓應力的分布從而使得生成的褶皺具有一定的取向。最近幾年，P.J.Yoo(Nature393，146-149(1998)，Adv.Mater.14，1383-1387(2002)，Appl.Phys.Lett.83，4444-4446(2003)；Appl.Phys.Lett.84，4487-4489(2004)，Phys.Rev.Lett.91，154502(2003))等人又通過在粘彈性的PS薄膜上沉積金屬薄膜，發現在其退火過程中會產生褶皺，其周期可以達到數微米，振幅達100nm。他們還通過PDMS模板在薄膜上加壓，探討了在一定條件下控制褶皺取向的可能性。然而，上述方法可控性差，成本高，制備過程復雜。

專利公開號為：102199744A的專利文獻揭示了一種具有微納褶皺圖案的薄膜制備方法，該方法采用激光對薄膜進行圖案化，可以做到高度可控、可設計、可大面積實現。但是其所形成的褶皺周期依然在數百納米的尺度上，并沒有真正形成一百納米以下的納米尺度結構制備能力。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術中的上述缺陷，提供一種基于褶皺的金屬表面納米結構制備方法，該制備方法可以實現褶皺結構的納米尺度在一百納米以下，并且制備方法簡便，具有可設計性。

為實現上述發明目的，本發明采用了如下技術方案：

一種基于褶皺的金屬表面納米結構制備方法，其特征在于所述制備方法包括如下步驟：

a、選取基底；

b、在所選基底上形成聚合物薄膜，并進行烘干處理，得到該聚合物薄膜的厚度為5100nm；

c、在步驟b所得的聚合物薄膜上形成金屬薄膜，其厚度為220nm；

d、采用原子力顯微鏡在步驟c所得的金屬薄膜表面進行圖案化掃描；

e、將步驟d所得的產物加熱至所述聚合物薄膜的玻璃化轉變溫度。

此外，本發明還提供如下附屬技術方案：

所述步驟b中聚合物薄膜的厚度優選為510nm。

所述步驟b中的聚合物薄膜材料為聚苯乙烯。

所述步驟b中的烘干處理溫度為聚合物玻璃化轉化溫度，或者低于聚合物玻璃化轉化溫度。

所述步驟c中的金屬薄膜材料為錫或銀。

在所述步驟c中采用真空氣相沉積法制備錫薄膜或者銀薄膜。

在所述步驟d中采用原子力顯微鏡的懸臂梁對金屬表面進行圖案掃描。

所述步驟a中的基底為載玻片、單晶硅片、石英玻璃、導電玻璃或者普通玻璃。

相比于現有技術，本發明的優勢在于：本發明的聚合物薄膜和金屬薄膜具有更小的厚度，同時又使用了具有納米尺度刻畫能力的原子力顯微鏡作為圖形化工具，從而可以制備納米級分辨率的表面結構。綜上所述，本發明所揭示的基于褶皺的金屬表面納米結構制備方法可以實現褶皺結構的納米尺度在一百納米以下，并且制備方法簡便，具有可設計性。

附圖說明

圖1是本發明中原子力顯微鏡對金屬薄膜表面進行圖像掃描的示意圖。

圖2是本發明中加熱處理示意圖。