[發明專利]一種轉移和控制納米結構的方法

有效

• 申請號: 201610505541.9
• 申請日: 2016-07-01
• 公開（公告）號: CN106006546B
• 公開（公告）日: 2017-07-11
• 發明（設計）人: 張剛;趙志遠
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司22201
• 代理人: 劉世純,王恩遠

1.一種轉移和控制納米結構的方法，其步驟如下：

1)取潔凈的沉積基底，置于真空條件下，以的速度熱蒸發沉積金屬鋁，沉積厚度為10～50nm，得到鋁膜基底；

2)將40～80μL的1H,1H,2H,2H-全氟辛基三氯硅烷加入到小稱量瓶中，與另一個潔凈硅片一同放入密閉的干燥器中，60～80℃下保溫1～3小時，得到氟化硅片；在真空條件下，在氟化硅片表面固定一個帶有1～2mm寬、5～10mm長的矩形孔的聚四氟乙烯掩板，在聚四氟乙烯掩板的掩蔽作用下，在氟化硅片表面制備厚度為10～300nm的納米結構材料矩形膜圖案；取6～10mL環氧樹脂預聚體覆蓋矩形膜圖案，在50～80℃下固化2～5小時后，環氧樹脂粘附著納米結構材料矩形膜圖案一并從氟化硅片上脫離；

或在真空條件下，在硅片表面固定一個帶有1～2mm寬、5～10mm長的矩形孔的聚四氟乙烯掩板，在聚四氟乙烯掩板的掩蔽作用下，在硅片表面制備厚度為10～300nm的納米結構材料矩形膜圖案；取6～10mL硫醇烯類光固化樹脂覆蓋矩形膜圖案，在30～50W的紫外光下固化2～5分鐘后，硫醇烯類光固化樹脂粘附著納米結構材料矩形膜圖案一并從硅片上脫離；

沿著矩形膜圖案邊緣將納米結構材料膜圖案切下來，置于聚乙烯模具的矩形凹槽當中，添加環氧樹脂預聚體或硫醇烯類光固化樹脂之后，在50～80℃下固化2～5小時，形成環氧樹脂或硫醇烯類光固化樹脂包覆矩形膜圖案的長方體樣品模塊；接下來將該樣品模塊圍繞著膜圖案修整成方便切割的梯形體結構，梯形體結構的上底平面和下底平面平行于膜圖案平面，并且下底寬度適合金剛石刀的寬度；將修整后的梯形體結構模塊固定于切片機的樣品卡盤中，首先利用玻璃刀進行預切割，使得模塊的梯形結構端形成光滑的表面，再替換成2～4mm寬的金剛石刀，刀槽內注滿水后，以0.6～1.2mm/s的速度以及垂直膜圖案平面的方向切割梯形體結構模塊為厚度10nm～10μm的切割薄片；制得的切割薄片漂浮在刀槽內的水面上，將步驟1)制得的鋁膜基底伸入液面以下，通過提拉把切割薄片收集到基底上；

3)將100～200μL、濃度為50～100mg/mL的聚苯乙烯、聚乳酸或者聚甲基丙烯酸聚合物的甲苯溶液滴加到覆有切割薄片的鋁膜基底表面，然后以1000～3000rpm的轉速旋涂成500nm～2μm厚的膜層；將聚合物膜的邊緣刮去，再滴加100～300μL、濃度為1～4mol/L的鹽酸溶液于基底表面，經過1～5分鐘后，鹽酸滲透進入聚合物膜并逐漸地刻蝕掉鋁膜，聚合物包覆著切割薄片從基底脫離開來，多余的鹽酸通過濾紙吸去；此組裝體足夠堅固形成自支持膜，利用鑷子從邊緣將它揭起并轉移到有少量水滴的目標基底表面；在光學顯微鏡下按照需要制備的納米結構控制組裝體的位置和取向，然后在40～80℃下加熱20～40分鐘，除去殘留的水并增強切割薄片與目標基底的粘附力；再在120～150℃下加熱20～40分鐘消除可能存在的褶皺；最后，在甲苯中浸泡5～10分鐘除去聚合物膜，再反應性離子刻蝕除去環氧樹脂或硫醇烯類光固化樹脂基體，從而在目標基底上得到轉移后的納米結構；這種納米結構的高是切割薄片的厚度，納米結構的寬為沉積金膜的厚度，納米結構的長為聚四氟乙烯掩板中矩形孔的寬度；反應性離子刻蝕時間1～5min，刻蝕氣壓為5～10mTorr，刻蝕溫度10～20℃，氧氣流速10～30sccm，刻蝕功率為10～40W；

4)在步驟3)得到轉移后的納米結構后，在該納米結構上重復步驟3)的操作，可以得到二維或者三維的納米結構。

2.如權利要求1所述的一種轉移和控制納米結構的方法，其特征在于：步驟1)中的沉積基底為硅片、平整的玻璃片或石英片。

3.如權利要求1所述的一種轉移和控制納米結構的方法，其特征在于：步驟2)中的納米結構材料是金屬、半導體、陶瓷或者是共軛聚合物。

4.如權利要求3所述的一種轉移和控制納米結構的方法，其特征在于：金屬為金或銀，半導體為鍺或銻，陶瓷為二氧化硅或三氧化鋁，共軛聚合物為聚(3-己基噻吩)或聚[2-甲氧基-5-(2’-乙基己氧基)-1,4-對亞苯基亞乙烯基]；金屬通過熱蒸發沉積在硅片表面，半導體通過電子束沉積在硅片表面，陶瓷通過濺射沉積在硅片表面，聚合物通過旋涂在硅片表面；且當納米結構材料是共軛聚合物時，省略步驟3)中所述甲苯除去聚合物膜的步驟，直接利用10～15分鐘的反應性離子刻蝕一次性除去聚合物和環氧樹脂。