[发明专利]一种在三维任意曲面上复制微纳结构的方法

说明书

技术领域

本发明涉及微纳加工领域，具体涉及在三维任意曲面上复制微纳结构的方法。

背景技术

目前，毛细力光刻的研究是国际上的一个研究热点，主要集中于在二维平面基底上如何通过毛细力作用实现纳米结构的制作。对于应用毛细力光刻于三维曲面上的微纳结构的制作，目前尚未见公开报道。

现有的在三维曲面上进行微纳加工的方法中最有效的是激光直写技术。该方法利用激光焦斑在曲面上进行扫描，使得涂覆于曲面上的光刻胶被曝光从而得到所需要的图形。其优点是可以得到任意图形，缺点在于加工过程极其缓慢不适合大口径大批量加工的需要。其它方法包括激光全息干涉法，软光刻方法，贴花转印方法(Decal Transfer Lithography)等，这些方法各有优缺点，受限颇多。

而对于三维曲面上微纳结构的复制，目前可用的方法非常贫乏，其中的一个方法是通过在模板上镀上一层油膜，然后再通过压印、固化以及分离等步骤才能实现微纳结构的复制，该方法步骤繁多、加工过程漫长。

发明内容

本发明为解决现有获得微纳结构的方法步骤繁多，且加工过程费时，不适合大口径大批量加工的问题，提供一种在三维任意曲面上复制微纳结构的方法；该方法由以下步骤实现：

步骤一、将柔性模板紧密贴到涂覆有高分子薄膜的三维曲面基底表面，然后对所述三维曲面基底表面进行加热，加热温度由室温上升至140℃；

步骤二、对步骤一所述的三维曲面基底表面在140℃的温度下加热30分钟，所述高分子薄膜在毛细力的作用下流向柔性模板的空腔；

步骤三、将步骤二所述的三维曲面基底表面的温度下降至室温，获得固定的微纳结构形状；

步骤四、将步骤一所述的柔性模板和步骤三所述的三维曲面基底表面分离，获得三维曲面上的衍射光栅。

本发明的有益效果：本发明通过使用柔性曲面模板，利用毛细力光刻的方法，将母版上的微纳结构快速高保真的复制到三维曲面基底上去，本发明所述方法加工过程简单、快速，可以在一小时左右完成，所用的柔性模版成本低廉，可多次重复使用。

附图说明

图1为本发明的一种在三维任意曲面上复制微纳结构的方法的柔性模板的制作示意图。

图2为本发明的一种在三维任意曲面上复制微纳结构的方法的毛细力光刻工作原理图；(a)、柔性模板、高分子薄膜和三维曲面基底在未加热状态的示意图；(b)、柔性模板与三维曲面基底在加热后完全接触的示意图。

图3为本发明采用原子力显微镜测得的作为三维曲面母版的三维曲面衍射光栅图；

图4为本发明的柔性模板上的衍射光栅效果图；

图5为本发明的三维曲面基底上复制得到的衍射光栅效果图。

图中：1、三维曲面母版，2、三维曲面基底，3、刚性腔体，4、柔性模板，5、高分子薄膜。

具体实施方式

具体实施方式一：一种在三维任意曲面上复制微纳结构的方法，由以下步骤完成：

步骤一、将柔性模板4紧密贴到涂覆有高分子薄膜5的三维曲面基底2表面，然后对所述三维曲面基底2表面进行加热，加热温度由室温上升至140℃；

步骤二、对步骤一所述的三维曲面基底2表面在140℃的温度下加热30分钟，所述高分子薄膜5在毛细力的作用下流向柔性模板4的空腔；

步骤三、将步骤二所述的三维曲面基底2表面的温度下降至室温，获得固定的微纳结构形状；

步骤四、将步骤一所述的柔性模板4和步骤三所述的三维曲面基底2表面分离，获得三维曲面上的衍射光栅。

本实施方式中步骤一所述的柔性模板4的材料为聚二甲基硅烷，简称：PDMS，所述PDMS由单体分子和聚合剂混合而成；所述单体分子和聚合剂的体积比为10∶1。

本实施方式中步骤一所述的加热温度由室温上升至140℃的过程中对温度进行控制，所述控制温度的方法为：在温度由室温每次上升15℃后，保持10分钟的恒温状态。

本实施方式中步骤一所述的高分薄膜为Shipley光刻胶。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式与实施方式一所述的一种在三维任意曲面上复制微纳结构的方法的区别在于，步骤一所述的柔性模板4的制作过程为：

步骤A、将表面具有微纳结构的三维曲面母版1与三维曲面基底2置于刚性腔体3中，所述三维曲面母版1与三维曲面基底2的间隔为0至500微米之间；

步骤B、将PDMS放到真空腔体内采用真空泵进行抽气，时间为10分钟，获得除去气泡后的PDMS液体；