[发明专利]一种金属/聚合物复合三维微纳米结构的制备方法

说明书

本发明公开了一种金属/聚合物复合三维微纳米结构的制备方法，属于微纳米加工技术领域。所述方法包括在基底A上旋涂牺牲层，在牺牲层上旋涂非水溶性聚合物薄膜，形成双层聚合物薄膜；在双层聚合物薄膜的非水溶性聚合物薄膜上制备金属微纳米图案；将牺牲层溶解掉形成无支撑的独立薄膜；用基底B承接漂浮着的独立薄膜，形成复杂的金属/聚合物微纳米结构。通过上述方法制备得到的金属/聚合物微纳米结构分辨率可以达到纳米级别，十分适于低成本、大面积的三维立体结构加工。

技术领域

本发明属于微纳米加工技术领域，具体涉及一种通过薄膜传递印刷的来制备复杂的金属/聚合物复合三维微纳米结构的方法。

背景技术

复杂三维金属微纳米结构在光电子器件、生物医学器件、储能系统、微机电系统和超材料等众多领域有广泛的应用前景，成为当前国际上学术界和产业界的研究热点。然而现有的三维微纳米结构的制备及组装方法却有着较大局限性，如传统的光刻技术、扫描电子束刻蚀和聚焦离子束技术等加工成本高、周期长、适用的材料种类少并且不能在非平面基底进行加工，难以满足低成本、批量化制造的应用需求,所以高效的制备复杂三维微纳结构一直被认为是一项国际化难题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种通过传递印刷带有金属微纳米图案的聚合物薄膜的方法来制备金属/聚合物复合的平面或复杂三维微纳米结构的方法。这种方法成本低、不需要用到大型设备，速度快周期短，适用材料广泛，包括各种金属如金、银、铂、铝等和各种聚合物薄膜，如聚苯乙烯(Polystyrene，PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate，PMMA)和半导体聚合物聚噻吩等。

本发明的创新点在于聚合物薄膜传递时，由于毛细力的作用使带有金属微纳米图案的纳米级厚度聚合物独立薄膜可以完整、紧密地贴于非平面基底上并且能够保持与所述非平面基底相同几何形状，即使是基底具有微纳米尺度的凸凹起伏或图案，这就使此方法可以制备曲面、多层或三维立体微纳米结构。本发明提出的一种具有复杂的金属/聚合物微纳米结构的制备方法，具体包括以下几个步骤：

(1)双层聚合物薄膜的制备：在基底A上旋涂水溶性聚合物薄膜作为牺牲层，然后在牺牲层上旋涂30-100纳米厚度的非水溶性聚合物薄膜，形成双层聚合物薄膜。

(2)在双层聚合物薄膜的非水溶性聚合物薄膜一侧制备金属微纳米图案。

所述的金属微纳米图案可以采用光刻技术、扫描电子束刻蚀或软刻蚀等技术制备。

(3)传递印刷过程：将带有金属微纳米图案的双层聚合物薄膜置于去离子水或乙醇等液体中，在非水溶性聚合物薄膜下层的作为牺牲层的水溶性聚合物薄膜被去离子水溶解掉，使得带有金属微纳米图案的非水溶性聚合物薄膜脱离基底A浮于液体表面，形成无支撑的独立薄膜。将基底B倾斜置于液体中去承接漂浮着的独立薄膜，由于毛细力的作用，所述的独立薄膜会随着液体蒸发逐渐贴合于基底B的表面。

所述的基底B表面具有微纳米尺度的几何形状凹凸结构；承接独立薄膜后，与独立薄膜上的金属微纳米图案复合，形成复杂微纳米结构。

(4)用等离子体刻蚀或反应离子刻蚀的方法除去基底B未有金属微纳米图案结构覆盖的聚合物，得到金属/聚合物微纳米结构。

本发明的优点在于：

通过上述方法制备得到的金属/聚合物微纳米结构分辨率可以达到纳米级别，十分适于低成本、大面积的三维立体结构加工。

附图说明

图1：本发明提出的利用薄膜传递法构筑金属/聚合物微纳米结构的制备流程图；

图2A和2B：采用本发明实施例1方法制得的可以传递的含有金属微纳米图案的薄膜的环境扫描电子显微镜照片，2A是45μm左右的条纹，2B是400nm左右的条纹；