[发明专利]一种转移和控制纳米结构的方法

摘要

一种转移和控制纳米结构的方法，属于材料科学技术领域。本方法涉及到纳米切割技术、物理气相沉积技术、自支持膜技术以及一些刻蚀方面的技术。以聚合物薄膜作为载体，活泼金属层作为牺牲层转移和控制由纳米切割等技术制备的纳米结构，通过连续的堆叠操作，可以构筑各种二维、三维甚至异质结构，进而提升纳米制备技术的应用范围。整个转移过程在常温常压条件下进行，操作过程简单快速，能够保持纳米结构的完整性和均一性，精确控制纳米结构的取向和位置，并且不受基底材料和形貌的限制。

主权项

一种转移和控制纳米结构的方法，其步骤如下：1)取洁净的沉积基底，置于真空条件下，以的速度热蒸发沉积金属铝，沉积厚度为10～50nm，得到铝膜基底；2)将40～80μL的1H,1H,2H,2H‑全氟辛基三氯硅烷加入到小称量瓶中，与另一个洁净硅片一同放入密闭的干燥器中，60～80℃下保温1～3小时，得到氟化硅片；在真空条件下，在氟化硅片表面固定一个带有1～2mm宽、5～10mm长的矩形孔的聚四氟乙烯掩板，在聚四氟乙烯掩板的掩蔽作用下，在氟化硅片表面制备厚度为10～300nm的纳米结构材料矩形膜图案；取6～10mL环氧树脂预聚体覆盖矩形膜图案，在50～80℃下固化2～5小时后，环氧树脂粘附着纳米结构材料矩形膜图案一并从氟化硅片上脱离；或在真空条件下，在硅片表面固定一个带有1～2mm宽、5～10mm长的矩形孔的聚四氟乙烯掩板，在聚四氟乙烯掩板的掩蔽作用下，在硅片表面制备厚度为10～300nm的纳米结构材料矩形膜图案；取6～10mL硫醇烯类光固化树脂覆盖矩形膜图案，在30～50W的紫外光下固化2～5分钟后，硫醇烯类光固化树脂粘附着纳米结构材料矩形膜图案一并从硅片上脱离；沿着矩形膜图案边缘将纳米结构材料膜图案切下来，置于聚乙烯模具的矩形凹槽当中，添加环氧树脂预聚体或硫醇烯类光固化树脂之后，在50～80℃下固化2～5小时，形成环氧树脂或硫醇烯类光固化树脂包覆矩形膜图案的长方体样品模块；接下来将该样品模块围绕着膜图案修整成方便切割的梯形体结构，梯形体结构的上底平面和下底平面平行于膜图案平面，并且下底宽度适合金刚石刀的宽度；将修整后的梯形体结构模块固定于切片机的样品卡盘中，首先利用玻璃刀进行预切割，使得模块的梯形结构端形成光滑的表面，再替换成2～4mm宽的金刚石刀，刀槽内注满水后，以0.6～1.2mm/s的速度以及垂直膜图案平面的方向切割梯形体结构模块为厚度10nm～10μm的切割薄片；制得的切割薄片漂浮在刀槽内的水面上，将步骤1)制得的铝膜基底伸入液面以下，通过提拉把切割薄片收集到基底上；3)将100～200μL、浓度为50～100mg/mL的聚苯乙烯、聚乳酸或者聚甲基丙烯酸聚合物的甲苯溶液滴加到覆有切割薄片的铝膜基底表面，然后以1000～3000rpm的转速旋涂成500nm～2μm厚的膜层；将聚合物膜的边缘刮去，再滴加100～300μL、浓度为1～4mol/L的盐酸溶液于基底表面，经过1～5分钟后，盐酸渗透进入聚合物膜并逐渐地刻蚀掉铝膜，聚合物包覆着切割薄片从基底脱离开来，多余的盐酸通过滤纸吸去；此组装体足够坚固形成自支持膜，利用镊子从边缘将它揭起并转移到有少量水滴的目标基底表面；在光学显微镜下按照需要制备的纳米结构控制组装体的位置和取向，然后在40～80℃下加热20～40分钟，除去残留的水并增强切割薄片与目标基底的粘附力；再在120～150℃下加热20～40分钟消除可能存在的褶皱；最后，在甲苯中浸泡5～10分钟除去聚合物膜，再反应性离子刻蚀除去环氧树脂或硫醇烯类光固化树脂基体，从而在目标基底上得到转移后的纳米结构；这种纳米结构的高是切割薄片的厚度，纳米结构的宽为沉积金膜的厚度，纳米结构的长为聚四氟乙烯掩板中矩形孔的宽度；反应性离子刻蚀时间1～5min，刻蚀气压为5～10mTorr，刻蚀温度10～20℃，氧气流速10～30sccm，刻蚀功率为10～40W；4)在步骤3)得到转移后的纳米结构后，在该纳米结构上重复步骤3)的操作，可以得到二维或者三维的纳米结构。