[發(fā)明專(zhuān)利]一種用于微納加工的光刻膠材料、其制備和應(yīng)用

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110097299.7
• 申請(qǐng)日: 2021-01-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112947002A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-06-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 熊偉;劉敬偉;鄧春三;張文廣;喻克望;焦玢璋;劉耘呈;鄧?yán)诿?/a>
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G03F7/027
• 分類(lèi)號(hào): G03F7/027;G03F7/004;C01G9/02;C01G51/04;B81C1/00
• 代理公司: 武漢華之喻知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42267
• 代理人: 彭翠;曹葆青

本發(fā)明屬于微納加工技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種用于微納加工的光刻膠材料、其制備和應(yīng)用。其將金屬?有機(jī)框架材料通過(guò)有機(jī)酸溶解于光敏樹(shù)脂單體中，配合光引發(fā)劑共同組成光刻膠材料，然后利用超快激光直寫(xiě)系統(tǒng)增材制造三維微納結(jié)構(gòu)，顯影晾干后經(jīng)高溫煅燒得到三維微納結(jié)構(gòu)的金屬氧化物。本發(fā)明提出的一種金屬氧化物三維微納結(jié)構(gòu)的增材制造方法，具有光刻膠簡(jiǎn)單易制備、適用于超快激光直寫(xiě)系統(tǒng)、分辨率高、成型效果好以及可加工任意復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)。該發(fā)明制備的三維微納結(jié)構(gòu)金屬氧化物有望在光子晶體、結(jié)構(gòu)色、超材料、三維傳感器以及三維集成電路等領(lǐng)域取得重大應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微納加工技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種用于金屬氧化物三維微納結(jié)構(gòu)增材制造的光刻膠材料、其制備和應(yīng)用。

背景技術(shù)

金屬氧化物代表了現(xiàn)代社會(huì)中使用的一類(lèi)重要材料。這些材料表現(xiàn)出獨(dú)特的特性，例如壓電性、超導(dǎo)性和半導(dǎo)體性，使他們?cè)趲缀跛蓄?lèi)型的微納米系統(tǒng)設(shè)備技術(shù)中都能發(fā)揮重要作用。當(dāng)前大多數(shù)的器件設(shè)計(jì)都將金屬氧化物用作薄膜疊層，因?yàn)榇蠖鄶?shù)使用傳統(tǒng)的平面光刻技術(shù)來(lái)對(duì)這些材料進(jìn)行圖案化，這實(shí)質(zhì)上限制了可實(shí)現(xiàn)的幾何形狀。目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)了多種先進(jìn)的制造技術(shù)來(lái)創(chuàng)建3D架構(gòu)，并取得了不同程度的成功。自上而下的方法，其中以可控的方式從溶液中生長(zhǎng)出微納米結(jié)構(gòu)，但是受限于簡(jiǎn)單的形狀，例如管狀，線(xiàn)狀和立方體。自上而下的方法包括光刻堆疊、模板生長(zhǎng)、平面屈曲和定向自組裝，為更大范圍內(nèi)制造復(fù)雜的3D幾何圖形提供了更好的功能，但是處理步驟復(fù)雜，且實(shí)現(xiàn)的幾何圖形以及尺寸受到限制。

增材制造最近已成為制造具有幾乎任意幾何形狀的3D金屬氧化物結(jié)構(gòu)的領(lǐng)先者。目前各種各樣的增材制造技術(shù)用來(lái)制造三維金屬氧化物，從基于激光的工藝，例如選擇性激光燒結(jié)、選擇性激光熔化和光刻，到基于墨水的工藝，例如熔融沉積建模和噴墨印刷。所有這些技術(shù)都是基于逐層制造的，它允許構(gòu)建幾乎任意復(fù)雜的架構(gòu)。涉及光刻的工藝能夠?qū)崿F(xiàn)從幾微米到100nm以下的特征分辨率，這使他們可用于微機(jī)電系統(tǒng)。利用光刻的一種常見(jiàn)方法是使用光敏漿料，其中將高體積分?jǐn)?shù)的金屬氧化物粉末分散在光樹(shù)脂中，使用微立體光刻法對(duì)漿料進(jìn)行圖案化，以創(chuàng)建3D納米復(fù)合結(jié)構(gòu)，然后將其煅燒以燒掉有機(jī)基質(zhì)并將金屬氧化物顆粒燒結(jié)在一起。但是這種方法的主要缺點(diǎn)是，樹(shù)脂中高體積分?jǐn)?shù)的金屬氧化物顆粒會(huì)引起顯著的光散射效果，從而阻止了獲得小于20μm的分辨率，這是傳統(tǒng)的透明光樹(shù)脂所能達(dá)到的，而且這種光散射還使其與其他高分辨率光刻技術(shù)不兼容(如雙光子光刻)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種用于金屬氧化物三維微納結(jié)構(gòu)增材制造的光刻膠材料、其制備方法以及應(yīng)用，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)3D金屬氧化物微納結(jié)構(gòu)增材制造過(guò)程中由于樹(shù)脂中存在高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的金屬氧化物顆粒引起的光散射、分辨率低、與其他光刻技術(shù)不兼容等的技術(shù)問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種用于金屬氧化物三維微納結(jié)構(gòu)增材制造的光刻膠材料，包括光敏樹(shù)脂單體、有機(jī)酸、金屬-有機(jī)框架材料和光引發(fā)劑；其中，

所述光敏樹(shù)脂單體用于在激光聚焦光束作用下、在所述光引發(fā)劑的引發(fā)作用下發(fā)生聚合反應(yīng)；

所述有機(jī)酸作為溶劑，用于將所述金屬-有機(jī)框架材料溶解在該光刻膠材料中。

優(yōu)選地，所述光敏樹(shù)脂單體為丙烯酸樹(shù)脂單體或環(huán)氧樹(shù)脂單體；所述有機(jī)酸為丙烯酸或羧酸類(lèi)有機(jī)酸。

優(yōu)選地，所述光敏樹(shù)脂單體、有機(jī)酸和金屬-有機(jī)框架材料的質(zhì)量比為2:(1-3):(0.2-1)；所述光敏樹(shù)脂單體和光引發(fā)劑的質(zhì)量比為100:(0.5-5)。

優(yōu)選地，所述金屬-有機(jī)框架材料選自MOF-5、MOF-1、MOF-177、MOF-74、ZIF-1、ZIF-2、ZIF-3、ZIF-4、ZIF-5、ZIF-6、ZIF-7、ZIF-8、ZIF-9、ZIF-10、ZIF-11、ZIF-12、ZIF-23、ZIF-68、ZIF-69、ZIF-70、ZIF-95、ZIF-100、MIL-100和MIL-101。

優(yōu)選地，所述光刻膠材料中還包括光引發(fā)劑。