本發(fā)明涉及金屬微納結(jié)構(gòu)制備,特別是一種基于轉(zhuǎn)印工藝的金屬微納結(jié)構(gòu)制備方法及裝置。
背景技術(shù):
1、金屬微納結(jié)構(gòu)由于微納米尺度所帶來的小尺寸效應(yīng)而具有獨特的性能,如優(yōu)異的光學吸收/反射性能,由高比表面積引發(fā)的催化、氣敏、傳感、表面拉曼信號增強等一系列特性,因而在微電子機械系統(tǒng)(mems)、傳感器、太陽能電池、燃料電池、發(fā)光二極管(led)、航空器、軍事裝備、汽車等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。目前,典型的襯底上制備金屬微納結(jié)構(gòu)的工藝有光刻、電子束蒸鍍、電鍍、電流體噴印、等離子刻蝕等。它們需在特定的襯底上進行制備,限制了金屬微納結(jié)構(gòu)的應(yīng)用領(lǐng)域。
2、現(xiàn)有的蒸鍍制備金屬微納結(jié)構(gòu)多采用模板法。在使用高精細掩模板蓋住基板,然后一起安裝在基臺上,蒸鍍源內(nèi)放置金屬材料,通過電阻絲加熱或電子束加熱的方式使材料蒸發(fā),再通過掩膜板進入到規(guī)定區(qū)域,形成所需微納金屬結(jié)構(gòu);化學沉積通過襯底與溶液中的金屬離子發(fā)生反應(yīng)而沉積金屬;光刻與等離子刻蝕要求襯底具有特定的抗蝕性,如果不使用特定的襯底可能導致制備的微納金屬結(jié)構(gòu)尺寸不準確,甚至無法成型。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本部分的目的在于概述本發(fā)明的實施例的一些方面以及簡要介紹一些較佳實施例。在本部分以及本申請的說明書摘要和發(fā)明名稱中可能會做些簡化或省略以避免使本部分、說明書摘要和發(fā)明名稱的目的模糊,而這種簡化或省略不能用于限制本發(fā)明的范圍。
2、鑒于上述的制備金屬微納結(jié)構(gòu)需要特定的襯底的問題,提出了本發(fā)明。
3、因此,本發(fā)明的目的是提供一種基于轉(zhuǎn)印工藝的金屬微納結(jié)構(gòu)制備方法。
4、為解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:一種基于轉(zhuǎn)印工藝的金屬微納結(jié)構(gòu)制備方法,包括以下步驟,
5、s1、制備轉(zhuǎn)印載體,轉(zhuǎn)印載體分為載體層,脫模層、轉(zhuǎn)印層;
6、s1.1、在載體層表面制備具有特定形狀的圖案化微納凸結(jié)構(gòu);
7、s1.2、在圖案化微納凸結(jié)構(gòu)表面沉積一層低熔點材料作為脫模層;
8、s1.3、在低熔點材料表面制備金屬薄膜作為轉(zhuǎn)印層;
9、s2、將轉(zhuǎn)印載體完全貼附在承印基板上并施加一定壓力,同時加熱使脫模層融化,載體層與轉(zhuǎn)印層脫離,完成金屬微納結(jié)構(gòu)制備。
10、作為本發(fā)明所述一種基于轉(zhuǎn)印工藝的金屬微納結(jié)構(gòu)制備方法的一種優(yōu)選方案,其中:s1中,選用硅,玻璃等材料中的一種或多種作為載體層。
11、作為本發(fā)明所述一種基于轉(zhuǎn)印工藝的金屬微納結(jié)構(gòu)制備方法的一種優(yōu)選方案:s1中,在圖案化微納凸結(jié)構(gòu)四周同時制備支撐凸結(jié)構(gòu),支撐凸結(jié)構(gòu)的高度等于圖案化微納凸結(jié)構(gòu)的高度。
12、作為本發(fā)明所述一種基于轉(zhuǎn)印工藝的金屬微納結(jié)構(gòu)制備方法的一種優(yōu)選方案:制備圖案化凸結(jié)構(gòu)和支撐凸結(jié)構(gòu),可采用轉(zhuǎn)印、激光加工、光刻、等離子刻蝕和機械加工等方法。
13、作為本發(fā)明所述一種基于轉(zhuǎn)印工藝的金屬微納結(jié)構(gòu)制備方法的一種優(yōu)選方案:s1中脫模層的低熔點材料與轉(zhuǎn)印層的金屬薄膜可采用蒸鍍或磁控濺射等方法制備。特別的,先沉積制備脫模層,再制備轉(zhuǎn)印層,脫模層位于載體層與轉(zhuǎn)印層之間。
14、作為本發(fā)明所述一種基于轉(zhuǎn)印工藝的金屬微納結(jié)構(gòu)制備方法的一種優(yōu)選方案:轉(zhuǎn)印過程需進行加熱,使脫模層的低熔點材料融化,轉(zhuǎn)印層與載體層更易脫離,金屬微納結(jié)構(gòu)可以穩(wěn)定轉(zhuǎn)印在承印基板上。
15、作為本發(fā)明所述一種基于轉(zhuǎn)印工藝的金屬微納結(jié)構(gòu)制備方法的一種優(yōu)選方案:s2中承印基板表面需進行表面處理,如對基板表面進行等離子處理,uv光照等,增加轉(zhuǎn)印層材料粘附力。
16、本發(fā)明所述的一種基于轉(zhuǎn)印工藝的金屬微納結(jié)構(gòu)制備方法的有益效果:本發(fā)明在不同襯底上制備金屬微納結(jié)構(gòu),通過機械加工,刻蝕,激光加工等方法在基體表面形成微納米級凸結(jié)構(gòu);通過蒸鍍,磁控濺射等工藝在樣品表面沉積低熔點材料與金屬薄膜;然后進行轉(zhuǎn)印,完成金屬微納結(jié)構(gòu)的制備。發(fā)明通過控制微納凸結(jié)構(gòu)實現(xiàn)金屬微納結(jié)構(gòu)的圖案化制備,通過轉(zhuǎn)印實現(xiàn)金屬微納結(jié)構(gòu)在多種襯底上的制備,能夠大規(guī)模精確轉(zhuǎn)印微納米結(jié)構(gòu),通過轉(zhuǎn)印可以在多種襯底特別是柔性襯底上形成微納金屬結(jié)構(gòu),拓展了其應(yīng)用領(lǐng)域。
17、本發(fā)明還提供如下技術(shù)方案:一種基于轉(zhuǎn)印工藝的金屬微納結(jié)構(gòu)制備裝置,用于上述一種基于轉(zhuǎn)印工藝的金屬微納結(jié)構(gòu)制備方法,包括轉(zhuǎn)印裝置,底座,設(shè)置于所述底座上的導軌,設(shè)置于所述導軌上的支撐架,設(shè)置于所述支撐架上的驅(qū)動軸,設(shè)置于所述驅(qū)動軸上的水平調(diào)節(jié)軸,設(shè)置于所述水平調(diào)節(jié)軸上的連接平臺,設(shè)置于所述底座上的固定座。
18、作為本發(fā)明所述的一種基于轉(zhuǎn)印工藝的金屬微納結(jié)構(gòu)制備裝置的一種優(yōu)選方案,其中:所述連接平臺固定轉(zhuǎn)印載體,所述固定座固定承印基板。
19、作為本發(fā)明所述的一種基于轉(zhuǎn)印工藝的金屬微納結(jié)構(gòu)制備裝置的一種優(yōu)選方案,其中:所述支撐架沿導軌上下升降,所述驅(qū)動軸與固定座位置相對應(yīng)。
20、本發(fā)明所述的一種基于轉(zhuǎn)印工藝的金屬微納結(jié)構(gòu)制備裝置的有益效果:本發(fā)明通過設(shè)置轉(zhuǎn)印裝置來使用轉(zhuǎn)印載體在承印基板上進行結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)印,能夠快速、大量的印制精確的微納米結(jié)構(gòu),通過設(shè)置水平調(diào)節(jié)軸和驅(qū)動軸用于控制轉(zhuǎn)印載體的印制,通過設(shè)置加熱裝置,加熱使脫模層的低熔點材料融化,使轉(zhuǎn)印層與載體層脫離。
1.一種基于轉(zhuǎn)印工藝的金屬微納結(jié)構(gòu)制備方法,其特征在于:包括以下步驟,
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于轉(zhuǎn)印工藝的金屬微納結(jié)構(gòu)制備方法,其特征在于:s1中,選用硅,玻璃等材料中的一種或多種作為載體層(201)。
3.如權(quán)利要求2所述的一種基于轉(zhuǎn)印工藝的金屬微納結(jié)構(gòu)制備方法,其特征在于:s1中,在圖案化微納凸結(jié)構(gòu)(202)四周同時制備支撐凸結(jié)構(gòu)(203),支撐凸結(jié)構(gòu)(203)的高度等于圖案化微納凸結(jié)構(gòu)(202)的高度。
4.如權(quán)利要求3所述的一種基于轉(zhuǎn)印工藝的金屬微納結(jié)構(gòu)制備方法,其特征在于:制備圖案化微納凸結(jié)構(gòu)(202)和支撐凸結(jié)構(gòu)(203),可采用機械加工、轉(zhuǎn)印、激光加工、光刻和等離子刻蝕等方法。
5.如權(quán)利要求4所述的一種基于轉(zhuǎn)印工藝的金屬微納結(jié)構(gòu)制備方法,其特征在于:s1中脫模層為低熔點材料,轉(zhuǎn)印層為金屬薄膜(204);特別的,先沉積制備脫模層,再采用蒸鍍或磁控濺射等方法制備轉(zhuǎn)印層,脫模層位于載體層(201)與轉(zhuǎn)印層之間。
6.如權(quán)利要求5所述的一種基于轉(zhuǎn)印工藝的金屬微納結(jié)構(gòu)制備方法,其特征在于:轉(zhuǎn)印過程需進行加熱,使脫模層的低熔點材料融化,轉(zhuǎn)印層更易與載體層(201)脫離,金屬微納結(jié)構(gòu)可以穩(wěn)定轉(zhuǎn)印在承印基板上。
7.如權(quán)利要求6所述的一種基于轉(zhuǎn)印工藝的金屬微納結(jié)構(gòu)制備方法,其特征在于:s2中承印基板(300)表面需進行表面處理,增加轉(zhuǎn)印層材料粘附力。
8.一種基于轉(zhuǎn)印工藝的金屬微納結(jié)構(gòu)制備裝置,用于權(quán)利要求1~7任一所述的一種基于轉(zhuǎn)印工藝的金屬微納結(jié)構(gòu)制備方法,其特征在于:還包括,
9.如權(quán)利要求8所述的一種基于轉(zhuǎn)印工藝的金屬微納結(jié)構(gòu)制備裝置,其特征在于:所述連接平臺(406)固定轉(zhuǎn)印載體(200),所述固定座(407)固定承印基板(300)。
10.如權(quán)利要求9所述的一種基于轉(zhuǎn)印工藝的金屬微納結(jié)構(gòu)制備裝置,其特征在于:所述支撐架(403)沿導軌(402)上下升降,所述驅(qū)動軸(404)與固定座(407)位置相對應(yīng)。