[發(fā)明專利]一種轉(zhuǎn)移和控制納米結(jié)構(gòu)的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610505541.9
• 申請(qǐng)日: 2016-07-01
• 公開（公告）號(hào): CN106006546B
• 公開（公告）日: 2017-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張剛;趙志遠(yuǎn)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號(hào): B81C1/00
• 分類號(hào): B81C1/00
• 代理公司: 長(zhǎng)春吉大專利代理有限責(zé)任公司22201
• 代理人: 劉世純,王恩遠(yuǎn)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種轉(zhuǎn)移和控制納米結(jié)構(gòu)的方法。

背景技術(shù)

對(duì)于納米結(jié)構(gòu)材料，人們希望它能夠展現(xiàn)宏觀材料所不具備的獨(dú)特性質(zhì)，這就推動(dòng)了納米科學(xué)在各個(gè)領(lǐng)域的深入研究。在納米結(jié)構(gòu)體系中，包含越多種類的結(jié)構(gòu)基元，所展現(xiàn)的性質(zhì)就會(huì)越豐富；但是，這也為制備特定的結(jié)構(gòu)形貌帶來了更多的挑戰(zhàn)，尤其是在豎直方向上構(gòu)筑三維的、異質(zhì)的結(jié)構(gòu)。因此，在納米結(jié)構(gòu)制備過程中，要求納米結(jié)構(gòu)能夠被單個(gè)或者整體轉(zhuǎn)移和操控。在保持納米結(jié)構(gòu)完整性以及控制它們?nèi)∠虻耐瑫r(shí)，將納米結(jié)構(gòu)從源基底可控地轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基底，已成為制備納米設(shè)備的必要條件，也是推動(dòng)納米技術(shù)發(fā)展的重要因素^[1,2]。

目前，一些轉(zhuǎn)移納米結(jié)構(gòu)的方法主要集中在印刷轉(zhuǎn)移^[3,4]，以及二維膜材料的轉(zhuǎn)移^[5,6]。但是對(duì)納米結(jié)構(gòu)連續(xù)地重復(fù)轉(zhuǎn)移還很難實(shí)現(xiàn)，基底的選擇也是限制條件。發(fā)展一種穩(wěn)定的、通用的方法，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)納米結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單地轉(zhuǎn)移和精確地控制，成為發(fā)展納米技術(shù)和滿足實(shí)際應(yīng)用的迫切需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種簡(jiǎn)單、穩(wěn)定地轉(zhuǎn)移和精確地控制納米結(jié)構(gòu)的方法。

本方法涉及到納米切割技術(shù)、物理氣相沉積技術(shù)、自支持膜技術(shù)以及一些刻蝕方面的技術(shù)。以聚合物薄膜作為載體，活潑金屬層作為犧牲層轉(zhuǎn)移和控制由納米切割等技術(shù)制備的納米結(jié)構(gòu)，通過連續(xù)的堆疊操作，可以構(gòu)筑各種二維、三維甚至異質(zhì)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而提升納米制備技術(shù)的應(yīng)用范圍。整個(gè)轉(zhuǎn)移過程在常溫常壓條件下進(jìn)行，操作過程簡(jiǎn)單快速，能夠保持納米結(jié)構(gòu)的完整性和均一性，精確控制納米結(jié)構(gòu)的取向和位置，并且不受基底材料和形貌的限制。

為此，本發(fā)明以轉(zhuǎn)移納米切割技術(shù)制備的納米結(jié)構(gòu)為例，實(shí)現(xiàn)納米結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)移與控制，具體包括以下步驟：

1)取潔凈的沉積基底，置于真空條件下，以的速度熱蒸發(fā)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(gè)潔凈硅片一同放入密閉的干燥器中，60～80℃下保溫1～3小時(shí)，得到氟化硅片；在真空條件下，在氟化硅片表面固定一個(gè)帶有1～2mm寬、5～10mm長(zhǎng)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(jié)構(gòu)材料矩形膜圖案；取6～10mL環(huán)氧樹脂預(yù)聚體(預(yù)聚體與固化劑的體積比例為15：2)覆蓋矩形膜圖案，在50～80℃下固化2～5小時(shí)后，環(huán)氧樹脂粘附著納米結(jié)構(gòu)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(gè)帶有1～2mm寬、5～10mm長(zhǎng)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(jié)構(gòu)材料矩形膜圖案；取6～10mL硫醇烯類光固化樹脂(固化劑比例為1wt％)覆蓋納米結(jié)構(gòu)材料矩形膜圖案，在30～50W紫外光下固化2～5分鐘后，硫醇烯類光固化樹脂粘附著矩形膜圖案一并從硅片上脫離；

為了得到適合切割的樣品模塊，沿著矩形膜圖案邊緣將膜圖案切下來，置于聚乙烯模具的矩形凹槽當(dāng)中，添加環(huán)氧樹脂預(yù)聚體或硫醇烯類光固化樹脂之后，在50～80℃下固化2～5小時(shí)，形成環(huán)氧樹脂或硫醇烯類光固化樹脂包覆矩形膜圖案的長(zhǎng)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(jié)構(gòu)，梯形體結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)模塊固定于切片機(jī)的樣品卡盤中，首先利用玻璃刀進(jìn)行預(yù)切割，使得模塊的梯形結(jié)構(gòu)端形成光滑的表面，再替換成2～4mm寬的金剛石刀，刀槽內(nèi)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(jié)構(gòu)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(nèi)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；