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      一種基于光盤(pán)的二維周期性微納結(jié)構(gòu)的熱壓印方法

      文檔序號(hào):9274123閱讀:650來(lái)源:國(guó)知局
      一種基于光盤(pán)的二維周期性微納結(jié)構(gòu)的熱壓印方法
      【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0001]本發(fā)明涉及一種周期性微納結(jié)構(gòu)的熱壓印方法,具體地說(shuō)是一種將三種光盤(pán)聚碳酸酯層中的一維微納周期性結(jié)構(gòu)組合,并復(fù)制在PDMS上,再將PDMS上的微納結(jié)構(gòu)兩次熱壓印在同一個(gè)熱塑性材料基底上,從而同時(shí)得到多種二維周期性微納結(jié)構(gòu)的方法,該方法克服了周期性微納結(jié)構(gòu)制備所需設(shè)備昂貴、制備效率較低、難以大面積制備等缺點(diǎn),可廣泛用于制備表面增強(qiáng)拉曼散射基底、微納光柵、光電器件表面抗反射層以及太陽(yáng)能電池中的增強(qiáng)吸收層等。
      【背景技術(shù)】
      [0002]有序周期性微納結(jié)構(gòu)材料具有獨(dú)特的光電性質(zhì),可以用于增強(qiáng)太陽(yáng)能電池的光吸收效率,增強(qiáng)表面拉曼散射信號(hào),減少光電器件表面的光反射等,因而周期性微納結(jié)構(gòu)材料的制備技術(shù)引起了人們的廣泛關(guān)注。
      [0003]通過(guò)光刻、電子束曝光或聚焦離子束刻蝕、飛秒激光微加工等技術(shù)均可以獲得周期性微納米結(jié)構(gòu),然而這些方法需要昂貴的儀器設(shè)備,成本高、制備效率低、并且難以大面積地制備周期性微納米結(jié)構(gòu)。1995年Stephen Y.Chou等人首次提出了納米壓印技術(shù),并且在半導(dǎo)體硅片上獲得了 25 nm的納米圖案,與傳統(tǒng)的光刻等技術(shù)相比,其加工分辨能力只與模板圖案的尺寸有關(guān),而不受光學(xué)光刻的最短曝光波長(zhǎng)的物理限制,并且還可以進(jìn)行大面積的制備,減小了生產(chǎn)成本。然而,納米壓印技術(shù)通常需要電子束曝光或聚焦離子束刻蝕等方法預(yù)先制備相應(yīng)的模版。
      [0004]生活中常見(jiàn)的可寫(xiě)入的光盤(pán)有⑶-R、DVD-R和BD-R,而這三種光盤(pán)的聚碳酸酯(PO盤(pán)基上均有螺旋狀的預(yù)刻槽軌道,由于光盤(pán)的直徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于預(yù)刻槽軌道的間距,因而這種螺旋狀的預(yù)刻槽軌道可以看成一維光柵結(jié)構(gòu)。對(duì)于不同種類(lèi)的光盤(pán),其螺旋狀結(jié)構(gòu)所形成的軌道間距是不同的,例如⑶-R的預(yù)刻槽軌道間距是1600 nm,深度約220 nm ;DVD-R的預(yù)刻槽軌道間距是740 nm,深度在150 nm-200 nm之間;BD-R的預(yù)刻槽軌道間距是320nm,深度約45 nm。CD-R和BD-R的預(yù)刻槽軌道在其PC層上,而DVD-R具有兩層PC,其預(yù)刻槽在其下層的PC上。除去印刷層、保護(hù)層、反射層、染料層等,就可以得到具有預(yù)刻槽軌道結(jié)構(gòu)的PC材料,該材料可作為納米壓印的模版。
      [0005]2003年Hazarika等人報(bào)道了將聚苯乙稀(PS)旋涂在玻璃上形成薄膜,在薄膜未完全干燥時(shí)以CD光盤(pán)的PC層為模板在聚苯乙烯薄膜上直接壓印,得到了一維和二維的微納結(jié)構(gòu)(P.Hazarika, D.Chowdhury and A.Chattopadhyay, Fabricat1n ofsubmicron scale patterned plastic thin film fluidic devices with controllablethickness, Lab Chip, 2003,3,128-131) ;2007 年 Meenakshi 等人報(bào)道了將 CD 光盤(pán)的預(yù)刻槽結(jié)構(gòu)先復(fù)制在PDMS上,然后以PDMS為軟模板,利用毛細(xì)管力的作用和微接觸壓印方法得到了一維和二維的微納結(jié)構(gòu)(V.Meenakshi, Y.Babayan, and T.W.0dom,Benchtop nanoscale patterning using soft lithography, J.Chem.Educ.,2007,8,1795-1798);同年Das等人利用水凝膠復(fù)制字母模板的結(jié)構(gòu),由于水凝膠的收縮效應(yīng),得到的水凝膠微結(jié)構(gòu)尺寸小于原來(lái)模板的尺寸,之后又利用這種方法得到了縮小的CD和DVD光盤(pán)的一維光柵結(jié)構(gòu),但是水凝膠在配備過(guò)程中水的量不易控制,水量越多,膠體粘性越低,水量過(guò)少,又無(wú)法大程度地縮小微結(jié)構(gòu)(A.L.Das, R.Mukherjee, V.Katiyer, M.Kulkarni, A.Ghatak, A.Sharma, Generat1n of sub-micrometer-scale patterns bysuccessive miniaturizat1n using hydrogels, Adv.Mater., 2007, 19, 1943-1946);2008年Hong等人報(bào)道了用親水性S12-T12溶膠旋涂在玻璃基底上,并用復(fù)制了⑶-R和BD-R光盤(pán)微結(jié)構(gòu)的PDMS進(jìn)行壓印,得到了一維以及三維的微結(jié)構(gòu)(L.Y.Hong, D.H.Lee, D.P.Kim, Fabricat1n and applicat1n of novel hydrophilic nanomold, J.phys.chem.solids, 2008, 69, 1436-1438) ;2009 年 Mukherjee 等人報(bào)道了米用聚乙烯醇(PVA)薄膜復(fù)制CD和DVD光盤(pán)的微納結(jié)構(gòu),然后在溶劑蒸汽的輔助下,將PVA上的微結(jié)構(gòu)壓印到了 PMMA上,采用不同微結(jié)構(gòu)的PVA連續(xù)兩次壓印PMMA,得到了復(fù)雜的二維微納結(jié)構(gòu)(R.Mukherjee, Ganesh K.Patil, and A.Sharma, Solvent vapor-assistedimprinting of polymer films coated on curved surfaces with flexible PVA stamps,Ind.Eng.Chem.Res., 2009, 48,8812-8818) ;2011 年 Halbany 等人在高溫下將 CD-R光盤(pán)的PC層直接壓在玻璃基底上,將二者分離時(shí),殘留在玻璃上的PC形成了一維的光柵結(jié)構(gòu)(Adi Sahar-Halbany, J.M.Vance, and C.M.Drain, Lithography of polymernanostructures on glass for teaching polymer chemistry and physics, J.Chem.Educ., 2011,88,615-618);2012年Roy等報(bào)道了采用dip coating的方法使得溶膠-凝膠在CD、DVD的PC層光柵結(jié)構(gòu)上形成與光柵方向一致的波浪形凝膠薄膜,然后將復(fù)制了光盤(pán)光柵結(jié)構(gòu)的PDMS壓在波浪形薄膜上,利用毛細(xì)管力使得凝膠薄膜表面形成了二維的周期性微納結(jié)構(gòu)(R.D.Roy, D.Sil, S.Jana, et al., Creat1n of self-organizedcomplex meso patterns in sol-gel thin films by confined capillary dynamics,Ind.Eng.Chem.Res.2012, 51,9546-9553) ;2013 年 Leordean 等報(bào)道了采用 PVA 復(fù)制DVD光盤(pán)PC層的微納光柵結(jié)構(gòu),再在空白PC上連續(xù)兩次成一定角度地進(jìn)行熱壓印,得到了二維的微納有序結(jié)構(gòu)。(C.Leordean, A~M.Gabudean, V.Canpean and S.Astilean,Easy and cheap fabricat1n of ordered pyramidal shaped plasmonic substrates fordetect1n and quantitative analysis using surface-enhanced Raman spectroscopy,Analyst, 2013, 138,4975-4981 ),同年 Bhandaru 等報(bào)道了分別以 CD,DVD 和 BD 上的金屬反射層為模板,以PS薄膜為基底,通過(guò)控制壓力以及薄膜的硬度,得到了周期相同,深度可調(diào)控的一維光柵結(jié)構(gòu)(N.Bhandaru, S.Roy, et al., Lithographic tuning ofpolymeric thin film surfaces by stress relaxat1n, ACS Macro Lett.2013, 2,195-200)。
      [0006]然而上述現(xiàn)有方法,制備的微納結(jié)構(gòu)較為單一,一次操作只能得到一種微納結(jié)構(gòu),制備不同類(lèi)型的周期微納結(jié)構(gòu)時(shí),需要預(yù)先分別制備出不同的模版,然后依次壓印不同的微納結(jié)構(gòu),制備效率仍然較低。

      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0007]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足,本發(fā)明提供一種工藝簡(jiǎn)單,成本低廉,可以同時(shí)獲得多種大面積的基于光盤(pán)的二維周期性微納結(jié)構(gòu)的熱壓印方法。
      [0008]本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
      [0009]一種基于光盤(pán)的二維周期性微納結(jié)
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