一种自组装三维微纳结构的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种自组装三维微纳结构的制备方法，属于自组装技术领域。所述方法包括：表面预处理；旋涂SU‑8光刻胶；前烘；对准和曝光；后烘；显影；二次匀胶；前烘；二次曝光；后烘；二次显影；转移及自组装，得到自组装三维微纳结构。本发明专利技术优化了光刻与显影等微电子工艺，利用SU‑8负性光刻胶和SPR‑220正性光刻胶成功制备了二维平面结构，且利用热力作为驱动力对二维微纳结构实施了自组装，制备了自组装三维微纳结构，为后续二维材料的自组装提供了平台。

【技术实现步骤摘要】
一种自组装三维微纳结构的制备方法
本专利技术涉及自组装
，特别涉及一种自组装三维微纳结构的制备方法。
技术介绍
自组装是指预先存在的成分、从随机的状态自发形成有组织的结构的过程，并且可以通过适当地设计组件、改变环境和驱动力来达到控制这个过程的目的。微纳结构自组装技术的运用对于人们的生活意义重大，利用微纳结构的自组装技术，可以在极细微的层面上搭建微观结构，并且随着装配过程的可控性渐渐提高，能够构建出更加复杂的微观结构，在超材料传感器、生物医学和电磁学等领域有着巨大的应用潜力。目前微纳结构自组装的技术正在迅速发展，现有技术中已经存在表面张力驱动的自组装、磁力驱动的自组装、体积膨胀驱动的组装、差热膨胀驱动的自组装、薄膜应力驱动的自组装、形状记忆驱动的自组装等驱动自组装的方法，但尚未涉及结合微电子光刻工艺以及热力驱动触发自组装，制备三维微纳结构的方法。
技术实现思路
为了解决现有技术的问题，本专利技术实施例提供了一种自组装三维微纳结构的制备方法，所述方法包括：表面预处理：使用激光划片机将圆形完整的硅片切割成2×2cm的硅片；所述硅片表面镀铜，膜厚300nm，使用超声波清洗机清洗所述硅片表面；旋涂SU-8光刻胶：将清洗干净的硅片放置在无尘纸上，用镊子夹住所述硅片边缘处，并放置在匀胶机的旋转台上，打开气阀将所述硅片吸住固定，然后用一次性吸管吸取预定量所述SU-8光刻胶涂在所述硅片表面，盖上所述匀胶机盖板，设置转速后开始匀胶；前烘：将匀胶完成后的硅片转移到无尘纸上，并在热板上前烘15分钟，温度设定为95℃；对准和曝光：通过紫外光刻机对所述硅片进行对准曝光，将光刻图形在所述硅片上套刻在一起，搭建出二维微纳结构；后烘：烘干时间为15min，温度设定为95℃；显影：将所述硅片放置在SU-8显影液中，并轻轻晃动容器；二次匀胶：将显影完成后的硅片表面残留的显影液清洗干净，然后在所述硅片表面再旋涂一层SPR-220正性光刻胶；前烘：将二次匀胶后的硅片在热板上前烘30s，温度设定为60℃，前烘完成后，将所述硅片在室温下静止放置3h；二次曝光：对所述硅片进行二次曝光；后烘：烘干时间为15min，温度设定为95℃；二次显影：对所述硅片进行二次显影，并轻轻晃动容器；转移及自组装，得到自组装三维微纳结构。可选地，所述硅片表面镀铜，膜厚300nm，使用超声波清洗机清洗所述硅片表面，包括：使用高真空磁控溅射镀膜机进行镀膜，然后使用丙酮和无水乙醇，分别超声清洗所述硅片15分钟。可选地，所述设置转速后开始匀胶，包括：分别采用低转速500r/min、时间3s和高转速2000r/min、时间30s，匀胶一遍。可选地，所述通过紫外光刻机对所述硅片进行对准曝光的曝光时间为25s。可选地，所述将所述硅片放置在SU-8显影液中的显影时间为2.5min。可选地，所述在所述硅片表面再旋涂一层SPR-220正性光刻胶的旋涂参数为：低转速500r/min、时间3s，高转速1000r/min、时间15s，匀胶两遍。可选地，所述对所述硅片进行二次曝光的曝光时间为120s。可选地，所述对所述硅片进行二次显影的显影时间为6min。可选地，所述转移及自组装，得到自组装三维微纳结构，包括：使用铜蚀刻液将铜膜去除，使得微纳结构脱离硅片漂浮在液面，然后将微纳结构在去离子水中清洗3至4遍，以去除铜蚀刻液，再将微纳结构转移至无尘纸上；将自支撑的二维结构放置在热板上，进行热驱动自组装，得到所述自组装三维微纳结构。本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：值得说明的是，本专利技术中首先要在硅板上使用磁控溅射镀膜的方法镀一层300nm厚的铜膜，这层铜膜会在即将完成时被蚀刻，于是便可以将搭建在铜膜上的微观平面结构转移到纸基材上，搭建完成的二维微观结构由SU-8光刻胶和SPR-220光刻胶构成，其中SU-8光刻胶作为面板，而SPR-220光刻胶作为连接两块相邻面板的铰链。当微观结构从硅片上转移到纸基材并加热到铰链材料的熔点时，铰链融化产生的表面张力便会将面板拉升，从而完成折叠动作，实现二维结构向三维结构的自组装。另外，本专利技术优化了光刻与显影等微电子工艺，利用SU-8负性光刻胶和SPR-220正性光刻胶成功制备了二维平面结构，根据测试结果，在实验过程中分别确定了SU-8光刻胶和SPR-220光刻胶的旋涂参数、曝光时间和显影时间等关键工艺参数的设定，且利用热力作为驱动力对二维微纳结构实施了自组装。如此，通过旋涂、光刻、刻蚀等微电子工艺，辅以自组装技术，制备了自组装三维微纳结构，为后续二维材料的自组装提供了平台。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例提供的一种自组装三维微纳结构的制备方法的简易流程图；图2是本专利技术实施例提供的一种自组装三维微纳结构的制备方法的完整流程图；图3是本专利技术实施例提供的一种微纳结构的热驱动自组装原理图；图4是本专利技术实施例提供的一种不同曝光时间的二维微纳结构的光学显微镜图；图5是本专利技术实施例提供的一种SU-8光刻掩膜版；图6是本专利技术实施例提供的一种二维微纳结构的平面示意图；图7是本专利技术实施例提供的一种二维微纳结构的光学显微镜图；图8是本专利技术实施例提供的一种光刻形成的面板结构图；图9是本专利技术实施例提供的一种不同显影时间的SU-8光刻胶表面形貌图；图10是本专利技术实施例提供的一种SPR-220光刻掩膜版；图11是本专利技术实施例提供的一种不依附于Si衬底、自支撑的SU-8面板和SPR-220铰链组成二维结构图；图12是本专利技术实施例提供的一种自组装后的三维微纳结构图；图13是本专利技术实施例提供的另一种自组装后的三维微纳结构图；图14是本专利技术实施例提供的一种SU-8面板和SPR-220铰链构成的微纳结构自组装的光学显微镜图；图15是本专利技术实施例提供的一种SU-8面板和SPR-220铰链构成的自组装结构图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。图1是本专利技术实施例提供的一种自组装三维微纳结构的制备方法的简易流程图；图2是本专利技术实施例提供的一种自组装三维微纳结构的制备方法的完整流程图。参见图1-图2，该方法包括：需要说明的是，微纳结构的自组装是一个自发的过程，该过程虽然是自发的，但是触发这个过程通常需要一个外部的刺激，比如热、pH值、磁场等等。本专利技术中的自组装是热驱动力触发的。简易且典型的微纳自组装结构包含两个刚性面板和一条铰链，连接在两个面板之间的铰链本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自组装三维微纳结构的制备方法，其特征在于，所述方法包括：/n表面预处理：使用激光划片机将圆形完整的硅片切割成2×2cm的硅片；所述硅片表面镀铜，膜厚300nm，使用超声波清洗机清洗所述硅片表面；/n旋涂SU-8光刻胶：将清洗干净的硅片放置在无尘纸上，用镊子夹住所述硅片边缘处，并放置在匀胶机的旋转台上，打开气阀将所述硅片吸住固定，然后用一次性吸管吸取预定量所述SU-8光刻胶涂在所述硅片表面，盖上所述匀胶机盖板，设置转速后开始匀胶；/n前烘：将匀胶完成后的硅片转移到无尘纸上，并在热板上前烘15分钟，温度设定为95℃；/n对准和曝光：通过紫外光刻机对所述硅片进行对准曝光，将光刻图形在所述硅片上套刻在一起，搭建出二维微纳结构；/n后烘：烘干时间为15min，温度设定为95℃；/n显影：将所述硅片放置在SU-8显影液中，并轻轻晃动容器；/n二次匀胶：将显影完成后的硅片表面残留的显影液清洗干净，然后在所述硅片表面再旋涂一层SPR-220正性光刻胶；/n前烘：将二次匀胶后的硅片在热板上前烘30s，温度设定为60℃，前烘完成后，将所述硅片在室温下静止放置3h；/n二次曝光：对所述硅片进行二次曝光；/n后烘：烘干时间为15min，温度设定为95℃；/n二次显影：对所述硅片进行二次显影，并轻轻晃动容器；/n转移及自组装，得到自组装三维微纳结构。/n...

【技术特征摘要】
1.一种自组装三维微纳结构的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
表面预处理：使用激光划片机将圆形完整的硅片切割成2×2cm的硅片；所述硅片表面镀铜，膜厚300nm，使用超声波清洗机清洗所述硅片表面；
旋涂SU-8光刻胶：将清洗干净的硅片放置在无尘纸上，用镊子夹住所述硅片边缘处，并放置在匀胶机的旋转台上，打开气阀将所述硅片吸住固定，然后用一次性吸管吸取预定量所述SU-8光刻胶涂在所述硅片表面，盖上所述匀胶机盖板，设置转速后开始匀胶；
前烘：将匀胶完成后的硅片转移到无尘纸上，并在热板上前烘15分钟，温度设定为95℃；
对准和曝光：通过紫外光刻机对所述硅片进行对准曝光，将光刻图形在所述硅片上套刻在一起，搭建出二维微纳结构；
后烘：烘干时间为15min，温度设定为95℃；
显影：将所述硅片放置在SU-8显影液中，并轻轻晃动容器；
二次匀胶：将显影完成后的硅片表面残留的显影液清洗干净，然后在所述硅片表面再旋涂一层SPR-220正性光刻胶；
前烘：将二次匀胶后的硅片在热板上前烘30s，温度设定为60℃，前烘完成后，将所述硅片在室温下静止放置3h；
二次曝光：对所述硅片进行二次曝光；
后烘：烘干时间为15min，温度设定为95℃；
二次显影：对所述硅片进行二次显影，并轻轻晃动容器；
转移及自组装，得到自组装三维微纳结构。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硅片表面镀铜，膜厚300nm，使用超声波清洗机清洗所述硅片表面，...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁飞燕，童欣，王九鑫，何智恒，耿可佳，赵毅婕，
申请(专利权)人：西安九天孵化器科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61