[发明专利]形成金属纳米线或金属纳米网的方法

说明书

技术领域

本发明涉及形成金属纳米线或金属纳米网的方法。更具体地，本发明涉及形成金属纳米线或金属纳米网的方法，其能够通过简化的方法以期望的形状形成各种金属纳米线或金属纳米网。

背景技术

随着纳米科技的快速发展，无机纳米结构例如一维金属纳米线等已受到广泛关注，因为其可适用于多个领域，例如光学器件、光波导、生物传感器、磁记录介质等。一般而言，已知这种纳米线是通过汽-液-固(VLS)生长方法直接合成的。可根据该方法中使用的催化剂材料的类型以及催化剂液滴的大小估计所合成纳米线的生长速率。然而，VLS方法在可合成纳米线的尺寸(长、宽等)、性质或组成上存在限制，并且具有难于在确切位置生长纳米线的缺点。因此，存在对于通过简便地控制纳米线的尺寸、性质或组成获得纳米线的方法的持续需求。

同时，通过嵌段共聚物的自组装形成纳米结构是一种简单的工艺，并且因此需要较低的生产成本。材料的化学结构与当前使用的光致抗蚀剂类似，并且因此存在这样的优点：其可被简便地应用于半导体生产工艺中。嵌段共聚物包括具有不同化学结构、通过共价键连接的聚合物嵌段，根据构成嵌段共聚物的嵌段的组成、链的长度和Flory-Huggins交互参数，可以形成各种纳米结构，包括：复杂的三维结构，例如螺旋形结构(gyroid)或HPL(六角形穿孔层)结构；以及基本结构，例如球形、柱形或层状结构。此外，根据嵌段共聚物的化学结构、嵌段的组成比例或其分子量等，可将纳米结构的尺寸控制在5至50nm。因为其在非破坏性工艺中的适用性、用于高密度排列的纳米尺度图案的模板的生产简便等特点，其作为形成纳米结构的新一代技术已备受关注。

因此，最近已积极进行基础研究以使用嵌段共聚物的纳米结构作为模板或反应性基团形成各种纳米线、纳米网、纳米环等。例如，Buriak小组已提出：聚苯乙烯-b-聚(2-乙烯基吡啶)(PS-b-P2VP)嵌段共聚物的柱形纳米结构被以宽度为数百纳米或更高的地形图案规则排列，并且之后用于形成金属纳米线。在该方法中，存在于柱形结构中由此进行排列的P2VP嵌段使得能够通过酸处理而带正电荷，并且之后通过静电吸引力将带负电荷的金属氯化物离子吸附到在柱形结构的内表面上，并且之后通过等离子体处理仅选择性除去嵌段共聚物，从而在硅基底表面上选择性地形成规则排列的金属纳米线[Nature Nanotechnology 2007，2，464；Acs Nano2008，2，489]。同时，Ross小组通过经由溶剂退火形成水平排列的聚(苯乙烯-b-二甲基硅氧烷)(PS-b-PDMS)圆柱，之后使用其用作模板进行反应离子蚀刻制备了各种金属(Ti、W、Pt、Co、Ni、Ta、Au、Al)纳米线[Nano Lett.2010，10，3722]。

此外，还提出了形成各种金属纳米网的方法，其通过使用由PS-b-PDMS嵌段共聚物形成的球形纳米结构作为模板进行反向图案转移工艺来形成[Small 2009，5，1654]。另外，Russell小组通过以下制备了金属纳米环等：通过经由溶剂退火形成垂直于基底取向的聚(苯乙烯-b-4-乙烯基吡啶)(PS-b-P4VP)薄膜，经由表面重建形成多孔纳米结构，以及之后在纳米尺寸的多孔纳米结构上沉积金，再进行热处理[Nano Lett.2008，6，1667]。

然而，在由嵌段共聚物形成纳米线或纳米网的上述常规方法中，主要使用酸性水溶液将金属前体吸附到嵌段共聚物上。基于此原因，可吸附的金属前体的种类和可应用的金属的种类受到限制，例如，不可能形成银(Ag)纳米线或纳米网。另外，在进行金属前体的吸附工艺之前，还需要进行额外的化学或物理工艺，例如表面处理、中间层涂覆、金属沉积等。因此，还存在以下缺点：纳米线或纳米网的总体生产工艺变复杂。

发明内容

技术问题

本发明提供形成金属纳米线或金属纳米网的方法，其能够通过简化的方法以期望的形状形成各种金属纳米线或金属纳米网。

技术手段

本发明提供形成金属纳米线或金属纳米网的方法，包括以下步骤：在基底上形成嵌段共聚物薄膜，其中该嵌段共聚物薄膜包括包含以下化学式1的重复单元的硬链段，以及含有一种或更多种选自以下的聚合物重复单元的软链段：基于聚(甲基)丙烯酸酯的重复单元、基于聚环氧烷的重复单元、基于聚乙烯基吡啶的重复单元、基于聚苯乙烯的重复单元、基于聚二烯的重复单元及基于聚内酯的重复单元；使嵌段共聚物薄膜中的硬链段和软链段取向为层状和圆柱形；选择性除去软链段；在硬链段上吸附金属前体；以及除去硬链段。

[化学式1]