一种低表面能镍纳米压印模板的制备方法技术

本发明专利技术属于微纳米加工，特别是纳米压印技术领域，提供一种低表面能镍纳米压印模板的制备方法。首先对纳米结构的硅模板进行防粘处理；然后滴加紫外光固化胶，填充硅模板孔隙形成平坦薄膜后盖上柔性材料，接着紫外曝光使其固化；脱模后在得到的紫外固化胶模板上利用物理气相沉积的方法沉积一层金属钛，作为电镀的种子层；之后放入电镀液中电镀得到镍镀层；脱模后得到表面附着了钛的镍模板；采用全氟烷基氯硅烷防粘处理之后得到一种新型低表面能的镍模板。本发明专利技术方法用金属钛取代传统的金属镍作为电镀的种子层，从而制备得到一种新型镍模板，其表面能更低，更容易脱模，而且硬度更高，机械性能更佳，纳米压印时不容易损坏，使用寿命更长。

【技术实现步骤摘要】
一种低表面能镍纳米压印模板的制备方法
本专利技术属于微纳米加工，特别是纳米压印
，具体涉及用紫外纳米压印、物理气相沉积、化学电镀的方法制备一种新型低表面能的镍纳米压印模板。
技术介绍
材料与结构在微纳米尺度展现出许多不同于宏观尺度的新特征，如表面效应、尺寸效应等。因此，如何高效率、低成本地制备出所需的纳米结构已变成科学研究与工业开发的重点。20世纪90年代StephenYChou提出纳米压印技术，此后这一技术就备受瞩目。纳米压印由于其价格低廉、高产出率、高分辨率等优势，被誉为“将改变世界的十大新兴技术”之一。纳米压印模板的质量对压印结果起决定性作用。纳米压印母模板大多为通过光刻、电子束光刻、X射线光刻、聚焦离子束光刻等技术结合反应离子刻蚀技术制备得到的硅模板或石英模板。硅模板和石英模板质地硬脆，虽然具有高分辨率、高保真性的优点，但是热压印工艺的高温、高压，容易造成模板损坏，不利于重复利用，因此热纳米压印中常用镍模板代替硅、石英模板。但传统的镍模板表面能较高，不容易脱模，且表面没有OH键，不能采用硅、石英模板的全氟氯硅烷的防粘剂进行表面处理，需要在表面再增加一层SiO2，操作复杂，还会影响模板结构，SiO2层与镍的结合也不牢固，容易脱落，重复利用率低。除此之外，模板的硬度越高，其保真性能越佳，纳米压印时越不容易损坏，使用寿命越长。因此，制备一种新型低表面能的镍模板并提高其硬度变得极其关键。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种低表面能镍模板的制备方法，用于解决目前镍模板表面能较高、防粘处理困难的问题。本专利技术采用的技术方案如下：一种低表面能镍纳米压印模板的制备方法，包括如下步骤：(a)对具有纳米结构的硅模板进行表面处理后，再用全氟烷基氯硅烷进行防粘处理；(b)在处理后的硅模板上滴加紫外光固化胶，填充硅模板上的孔隙形成平坦薄膜后盖上柔性材料，然后紫外曝光使胶固化；(c)脱模，得到与硅模板结构互补的紫外光固化胶模板；(d)利用物理气相沉积的方法在紫外光固化胶模板的表面沉积一层金属钛，用作电镀的种子层；(e)将步骤(d)的模板放入电镀液中电镀得到镍镀层；(f)脱模后得到表面附着了钛的镍模板；(g)对步骤(f)中的镍模板进行表面处理后，再用全氟烷基氯硅烷进行防粘处理。进一步地，所述步骤(a)中，纳米结构的特征尺寸小于50nm。进一步地，所述步骤(b)中，柔性材料为聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯或者聚酯。进一步地，所述步骤(d)中，金属钛的厚度为30-60nm。进一步地，所述步骤(e)中，镍镀层的厚度为300-500μm。本专利技术的制备方法用金属钛取代传统的金属镍作为电镀的种子层，从而制备得到一种新型镍纳米压印模板，具有如下有益效果：(1)本专利技术制备的镍模板可以不用引入SiO2中间层进行防粘，防粘过程简单，效果更好；(2)本专利技术制备的镍模板表面能更低，更容易脱模；(3)本专利技术制备的镍模板硬度更高，机械性能更佳，纳米压印时不容易损坏模板，模板使用寿命更长；(4)可以制备出小于50nm特征尺寸、1-8英寸的任意大小的镍纳米压印模板，应用范围广，能够扩展制备更大面积的模板；(5)本专利技术镍模板的制备过程操作简单、成本较低、分辨率高。附图说明图1是本专利技术低表面能镍纳米压印模板的制备流程图；其中，1-Si模板；2-UV胶；3-PMMA片；4-金属钛；5-镍模板。图2是本专利技术低表面镍纳米压印模板的扫描电镜图像。图3是(a)本专利技术低表面能镍纳米压印模板和(b)一般镍纳米压印模板经过相同防粘处理后的静态水接触角的对比图。图4是本专利技术低表面能镍纳米压印模板和一般镍纳米压印模板经过相同防粘处理后的X射线光电子能谱(XPS)；其中，图(a)和图(b)分别是本专利技术和一般镍纳米压印模板总的XPS图像，图(c)与图(d)分别是本专利技术和一般镍纳米压印模板金属元素分峰的XPS图像，图(e)与图(f)分别是本专利技术和一般镍纳米压印模板氟元素分峰的XPS图像，(g)、(h)分别是本专利技术和一般镍纳米压印模板硅元素分峰的XPS图像，(i)、(j)分别是本专利技术和一般镍纳米压印模板氧元素分峰的XPS图像。具体实施方式钛是一种密度小，硬度大，熔点高的金属，它与其它金属的粘附性好，在微纳加工中常用作金属与衬底的粘附介质。钛的表面易于氧化，表面的氧化钛对内部的金属钛具有保护作用。与一般的金属氧化物不同，氧化钛的表面活泼，其表面的羟基可以与氯硅烷发生化学反应，从而可以使全氟烷基防粘剂键合在氧化钛的表面，获得低表面能[HadjiivanovKI,KlissurskiDG.Surfacechemistryoftitania(anatase)andtitania-supportedcatalysts[J].ChemicalSocietyReviews,1996,25(1):61-69；林华香，王绪绪，付贤智.TiO2表面羟基及其性质[J].化学进展，2007，19(5):665-670]。利用上述金属钛的这些性质，本专利技术提供了一种低表面能的镍纳米压印模板的制备方法，在用于电镀镍模板的高分子模板表面沉积一层金属钛，替代原来沉积的金属镍作为电镀种子层，这样在电镀镍的模板表面就包覆了一层金属钛，然后用全氟烷基硅氧烷对其表面进行处理，获得低表面能的镍纳米压印模板。本实施例提供一种低表面能镍纳米压印模板，主要涉及紫外压印、电子束蒸发镀膜、化学电镀等工艺，如图1所示，制备的具体步骤如下：(a)防粘处理：使用ICP-RIE(ULVAC，CE-300I)对具有纳米结构的Si模板1进行表面处理，用O2处理60s，使其表面形成硅羟基；然后将Si模板1放入干燥器中，在干燥器内滴入1-2滴全氟烷基氯硅烷，静置24小时使其挥发至Si模板1的表面。其中，Si模板1可以是纳米结构小于50nm特征尺寸的任意模板，可以是但不限于点阵、孔阵、光栅模板等，硅模板的尺寸可以是1-8英寸中的任意尺寸。本实施例中采用600nm周期300nm直径的4英寸点阵的硅模板。(b)紫外压印：在步骤(a)中得到的Si模板1上滴上紫外光固化胶，即UV胶2，填充硅模板孔隙形成平坦薄膜后盖上柔性材料，然后紫外曝光10min使UV胶2固化。柔性材料可以是但不限于：聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚酯(PET)等，本实施例选用PMMA片3。(c)脱模：取下硅模板后，得到与硅模板结构互补的UV胶纳米孔阵列。(d)电子束蒸镀：在有UV胶纳米孔阵列结构的PMMA衬底上利用真空镀膜仪(成都南光机器有限公司，ModelZZS500-2/D)电子束蒸镀一层30nm的金属钛4，用作电镀的种子层。本步骤还可以使用离子束辅助蒸发镀膜、磁控溅射技术等实现。(e)电镀：将镀有种子层的模板放入电镀液(主要成分为NiSO4·6H2O/H3BO3)中电镀18h得到300-500μm厚的镍镀层。(f)脱模：取下有UV胶纳米孔阵列结构的PMMA模板，得到表面附着了钛的镍模板5。通过扫描电子显微镜(SEM)扫描成像得到镍模板5的形貌图，如图2所示，可以看出本专利技术制备的新型纳米压印镍模板上的微纳结构清晰明显，镍模板很好地复制了600nm周期，300nm直径的点阵结构。(g)防粘处理：使用ICP-RIE(ULVAC，CE-300I)对步骤(f)中所得镍模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低表面能镍纳米压印模板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(a)对具有纳米结构的硅模板进行表面处理后，再用全氟烷基氯硅烷进行防粘处理；(b)在处理后的硅模板上滴加紫外光固化胶，填充硅模板上的孔隙形成平坦薄膜后盖上柔性材料，然后紫外曝光使胶固化；(c)脱模，得到与硅模板结构互补的紫外光固化胶模板；(d)利用物理气相沉积的方法在紫外光固化胶模板的表面沉积一层金属钛，用作电镀的种子层；(e)将步骤(d)的模板放入电镀液中电镀得到镍镀层；(f)脱模后得到表面附着了钛的镍模板；(g)对步骤(f)中的镍模板进行表面处理后，再用全氟烷基氯硅烷进行防粘处理。

【技术特征摘要】
1.一种低表面能镍纳米压印模板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(a)对具有纳米结构的硅模板进行表面处理后，再用全氟烷基氯硅烷进行防粘处理；(b)在处理后的硅模板上滴加紫外光固化胶，填充硅模板上的孔隙形成平坦薄膜后盖上柔性材料，然后紫外曝光使胶固化；(c)脱模，得到与硅模板结构互补的紫外光固化胶模板；(d)利用物理气相沉积的方法在紫外光固化胶模板的表面沉积一层金属钛，用作电镀的种子层；(e)将步骤(d)的模板放入电镀液中电镀得到镍镀层；(f)脱模后得到表面附着了钛的镍模板；(g)对步骤(f)中的镍模板进行表面处理后，再用全氟...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈星遥，傅欣欣，郝宗斌，陈乾，葛海雄，袁长胜，崔玉双，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32