[发明专利]一种纳米压印用模版的制备及其应用

说明书

技术领域

本发明属于先进材料及纳米结构加工技术领域，具体涉及一种纳米压印用模版的制备方法以及其应用，所述的应用具体是指应用所述的纳米压印用模版制备纳米线或纳米管的方法。

背景技术

纳米尺度材料具有独特的光、电、磁、催化等物化特性。为了充分利用纳米尺度的量子效应和其耦合效应提高纳米材料的各种物化性能并激发出新的性能，纳米材料的尺寸必须小到一定程度，如小于电磁波的波长或小于100纳米，并形成有序的阵列。但是制备尺寸和空间排列可控的该类纳米材料及其阵列目前仍然是非常具有挑战性的工作，特别是仍无切实可行的低成本大批量大面积(大于毫米级)制备该类材料的方法。见参考文献[1]：Fan，H.J.，P.Werner，et al.(2006).″Semiconductor Nanowires：From Self-Organization to Patterned Growth.″Small 2(6)：700-717，参考文献[2]：Song，Y.，Z.Zhang，et al.(2011).″Identification of Single Nanoparticles.″Nanoscale 3：31-44，参考文献[3]：Vogel，N.，J.Fischer，et al.(2011).″Plasmon Hybridization in Stacked Double Crescents Arrays Fabricated by Colloidal Lithography.″Nano Lett.11，近些年开发的现代刻蚀加工工艺，如电子束刻蚀(EBL)和聚焦离子束研磨(FIBM)技术虽然能够制备特征尺寸和空间排列距离可以小到50纳米以下的纳米结构和阵列，但是其使用的仪器设备的价格和加工费用是非常昂贵的(如一台具有30纳米以下分辨率的电子束刻蚀机可高达50万欧元)，用这些昂贵的设备制备该类纳米材料和阵列的价格和所需时间是批量生产无法接受的(如微米尺寸的面积就需要一天甚至几天的时间，加工一片10毫米左右的模版需要1000-2000美元)，同时该类制备工艺需要耗费大量的贵金属，材料成本也是非常昂贵的。见参考文献[3]：Vogel，N.，J.Fischer，et al.(2011).″Plasmon Hybridization in Stacked Double Crescents Arrays Fabricated by Colloidal Lithography.″Nano Lett.11，因此切实可行的低成本大批量大面积(大于毫米级)制备该类材料的方法，近些年开发的纳米压印技术似乎给出了批量大面积(大于毫米级)制备该类材料的希望，但是该类技术的关键——模版的制备仍然需要使用价格昂贵的电子束刻蚀和聚焦离子束刻蚀技术，同时使用EBL制备纳米压印用模版不可避免受到所用光刻胶和产生的碳的污染，而FIBM经常会将重金属污染引入到模版和最终的纳米结构中。见参考文献[4]：T.，P.Carlberg，et al.(2004).″Nanowire Arrays Defined by Nanoimprint Lithography.″Nano Lett.4(4)：699-702，参考文献[5]：Pierret，A.e.，M.1.Hocevar，et al.(2010).″Generic nano-imprint process for fabrication of nanowire arrays.″Nanotechnology 21(6)：065305，最近也开发出了纳米模版技术制备该类纳米材料和阵列的技术，该类技术的实现需要通过各种方法制备出各类纳米模版(如纳米球、纳米孔等)，见参考文献[1]和[2]，目前制备该类纳米模版的材料，不论制备纳米球模版的纳米球(NS)还是制备纳米孔模版的阳极多孔氧化铝版(AAO)均已工业化生产。其中纳米球模版技术对纳米结构中颗粒的形状(三角形、四边形、圆形等)、尺寸和空间排列具有很好的调控作用，也具有制备多层平面结构纳米材料的能力；见参考文献[6]Song，Y.(2011).Controlled Fabrication of Noble Metal Nanomaterials via Nanosphere Lithography and Their Optical Properties.Rijeka，Croatia，IN-TECH，但是该技术制备的纳米球模版在纳米球尺寸小于500纳米(用该模版制备的纳米结构尺寸约167纳米)后很难形成大面积规整排列、缺陷在允许范围的纳米球阵列，极力限制了用其制备尺寸小于100纳米的颗粒阵列的能力。目前孔形状为圆形的多孔阳极氧化铝版(AAO)模版已工业化生产，而其它孔形状(如三角形、四方形的AAO)模版虽然仍依赖电子束刻蚀技术，但通过预先图案化的纳米压痕技术也可以很容易制备出来，见参考文献[7]。孔形状为圆形的多孔阳极氧化铝版(AAO)模版可以大面积工业化(不小于10毫米，最大可到几米长几米宽)，其孔径分布标准方差小于8％、孔径从13纳米到几百纳米、孔深度从10纳米到200微米可调，其空间排列为适合高集成度的紧密六方排列，和纳米球模版比，在小尺寸纳米结构具有更高的可控优势，并且制备的模版，用户可以直接使用，因此成为最具潜力的纳米模版制备技术。