[发明专利]图案化纳米模板及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米技术领域，涉及一种高度有序、尺寸可调的图案化纳米模板及其制备方法。

背景技术

近年来，随着器件尺度的减小，纳米结构材料的可控图案化生长在电子学、光电子学、电化学以及电动机械学等领域具有非常重要的应用前景。

为实现纳米材料的图案化可控生长，关键在于制备图案化的催化剂或者籽晶层模板。目前，刻蚀法被广泛用来制备图案化模板。刻蚀法主要有光刻、电子束曝光、X射线曝光、聚焦离子束刻蚀以及近年来引起广泛研究的纳米球刻蚀方法(nanosphere lithography，NSL)等等。其中，普通光刻法由于受衍射极限分辨率的限制，难以用于制备纳米结构。电子束曝光、X射线曝光、聚焦离子束刻蚀法设备复杂、效率低、成本高，难以实现规模化。纳米球刻蚀法是利用纳米胶体球(如聚苯乙烯微球)的自组装效应制备的单层或者多层有序阵列为掩膜，在其上沉积所需的材料，去掉掩膜后就可以得到有序的纳米尺度的图案，具有操作简单、成本低廉、大面积有序、重复性好等优点。然而，简单的以纳米胶体球为掩膜的纳米球刻蚀法，制备出的图案单一，且尺寸可调节性差。

发明内容

针对现有制备方法存在的不足，本发明的目的在于提供一种图案化纳米模板及其制备方法，该方法利用聚苯乙烯(PS)微球的自组装效应和非晶的TiO₂溶胶相结合得到高度有序的反蛋白石结构的纳米模板。该方法具有设备简单、成本低廉、大面积高度有序、可调节性好等特点。

本发明解决技术问题所采用的技术方案：

本发明提供一种一种制备图案化纳米模板的方法，包括以下步骤：

步骤1：利用提拉法，在亲水性良好的平面衬底上组装PS球，得到单层有序的PS球薄膜；

步骤2：利用氧等离子体刻蚀PS球，改变PS球的大小；

步骤3：旋涂异丙醇稀释的TiO₂溶胶，静置待TiO₂溶胶固化，使TiO₂溶胶填充PS球间隙；

步骤4：甲苯中超声完全去除PS球，得到图案化的纳米模板。

其中所用PS球的直径为0.2-2μm，该PS球分散在水中的浓度为1-5wt％。

其中利用提拉法组装单层PS球时，静置时间为2-5分钟，提拉速度为200-2000μm/s。

其中氧等离子体刻蚀PS球的功率为40-200W，工作压强为5-50mTorr。

其中TiO₂溶胶稀释于异丙醇中，TiO₂溶胶浓度为0.01-0.2mol/L。

其中旋涂TiO₂溶胶时，转速为2000-6000转/分钟，旋涂时间为50-100秒，之后室温静置3小时待TiO₂溶胶固化。

其中甲苯中超声去除PS球，超声处理时间为20-80分钟。

附图说明

为使审查员能进一步了解本发明的结构、特征及其目的，以下结合附图及较佳具体实施例的详细说明如后，其中：

图1是图案化纳米模板的制备流程图；

图2是氧等离子体刻蚀PS球不同时间的扫描电镜图：(a)未刻蚀的PS球；(b)氧等离子体刻蚀1.5分钟，(c)氧等离子体刻蚀2分钟；(d)氧等离子体刻蚀2.5分钟。

图3是4种PS球样品旋涂TiO₂溶胶并去除PS球后对应的图案化纳米模板：(a)未刻蚀的PS球；(b)氧等离子体刻蚀1.5分钟；(c)氧等离子体刻蚀2分钟；(d)氧等离子体刻蚀2.5分钟。

图4是利用图案化纳米模板制备的氧化锌纳米花、纳米棒阵列：(a)图案化的氧化锌纳米花；(b)图案化的氧化锌纳米棒。

具体实施方式

请参阅图1所示，本发明提供一种制备图案化纳米模板的方法，包括以下步骤：

步骤1：利用提拉法，在亲水性良好的平面衬底10上组装PS球20，得到单层有序的PS球20薄膜，该PS球20的直径为0.2-2μm，该PS球20分散在水中的浓度为1-5wt％；其中利用提拉法组装单层PS球20时，静置时间为2-5分钟，提拉速度为200-2000μm/s；利用这种方法得到了大面积高度有序的单层PS球薄膜；