一种微纳结构的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种微纳结构的制备方法，在基底上依次旋涂可溶性牺牲层、非溶性聚合物层、单分散的微球；除去微球，在非溶性聚合物层上得到有序的、球形凹陷的纳米排列；溶解掉可溶性牺牲层，将非溶性聚合物层翻转，得到有序的、球形凸起的纳米排列；刻蚀样品表面，得到具有一定开口大小的纳米排列；再向样品表面热蒸发金属，可得到金属纳米阵列。球形凸起的开口大小可通过刻蚀的功率、氧气流量及刻蚀时间来控制，具有设计原理简单，制备方法巧妙，易于操作的优点。

Preparation method of micro nano structure

The invention relates to a preparation method of micro nano structure on the substrate by spin coating, sacrificial layer, soluble insoluble polymer layer, monodisperse microspheres; removal of microspheres in non soluble polymer layer on the nano ordered, spherical concave arrangement; dissolving the soluble sacrificial layer, non soluble the polymer layer flip, nano spherical bulge and orderly arrangement; etching the sample surface, has obtained certain nanometer size of the opening of the arrangement; and then to the sample surface can be obtained by thermal evaporation of metal, metal nano array. The size of the opening of the spherical bulge can be controlled by the power of the etching, the oxygen flow rate and the etching time. The utility model has the advantages of simple design principle, artful preparation method and easy operation.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种新型微纳结构的制备方法。
技术介绍
金属纳米结构由于其表面等离子共振效应(SPRs)和表面增强的拉曼散射效应(SERS)而具有特别优异的光学特性。它在新型传感器、纳电子及光子器件、表面增强谱学及生物医学等诸多领域有着极为重要的应用。理论和实验都证明紧密排列但物理分隔的金属粒子阵列SERS有很强的增强效果。当粒子间距增大，吸收光波长增大，差不多所有的SERS信号会消失。而完全隔离的粒子只有较弱的增强。通过控制纳米薄膜刻蚀的厚度可以控制金属纳米阵列的形状、尺寸以及纳米粒子之间的距离，以此得到更强的SERS信号。 制备金属纳米结构的方法中，有一种方法是利用模板来构筑金属纳米粒子阵列，通常选用的模板试剂有二氧化硅、聚苯乙烯等；该种制备方法包括的主要步骤为首先在基底上形成这些试剂的修饰层作为模板，然后把金属纳米粒子沉积到这些模板上，最后再把模板溶解掉，这样就获得了金属纳米粒子的有序结构。人们利用此方法相继制备了各种形状和结构组成的金属纳米结构。如Se Gyu Jang等制备了金属nanocaps的微纳结构(参见SeGyuJang; Dae-Geun Choi ; Chul-Joon Heo ; SuYeonLee; Seung-ManYang.Adv mater.2008, 20， 1-6) ; J.Christopher Love等制备了金属Half-shells的纳米结构(参 见J.Christopher Love ; Byron D.Gates ; Daniel B.Wolfe ; Kateri E.Paul ; GeorgeM.Whitesides.Nano Letter.2002， 2， 891-894) ; Chul Joon Heo等制备了金属nanograils微纳结构(参见Chul-Joon Heo ; Se-Heon Kim ; Se Gyu Jang ; Su Yeon Lee ; Seung-ManYang.Adv.Mater.2009， 21， 1-6) ; Yu Lu等制备了金属nanocrescent moons微纳结构(参见Y丄u， G丄丄iu， J.Kim， Y.X.Mejia， L.P丄ee， Nano Lett.2005， 5， 119-124);Wangzhenlin等采用一种新颖的聚苯乙烯/二氧化硅模板制备了 2D金属Split-ring微纳结构(参见Tao MENG ; Mingwei ZHU ; Jian PAN ; Peng ZHAN ; Zhenlin WANG.Japanese Journal of Applied Physics. 2008， 47， 8109-8112) ; Hans Fredriksson等制备了金属nanocone禾口 nanodiscs等微纟内结构(参见Hans Fredriksson ; YuryAlaverdyan ; lexandreDmitriev ; hristoph Langhammer ; Duncan S.Sutherland ; ichael Zich ; Bengt Kasemo.Adv.Mater.2007， 19， 4297-4302)。 反应离子束、扫描隧道、聚焦粒子束和X-射线刻蚀等制备模板来构筑金属纳米阵列的方法，其仪器昂贵、制作成本高、难以广泛应用。上述现有的这种利用胶体模板来构筑金属纳米阵列的制备方法， 一种模板只能制备一种尺寸、形状的微纳结构。也就是说，若要制备不同尺寸、形状的微纳结构，人们就得更换相应的模板。因而在实际应用中，应用范围和灵活性都受到了比较大的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的缺陷与不足，提供，具有设计原理简单，制备方法巧妙，易于操作的优点。本专利技术的目的是这样实现的 ，包括以下步骤 a.在基底上依次均匀旋涂可溶性牺牲层，非溶性聚合物层或非溶性弹性介质膜，单分散的微球； b.将a步骤所得的样品加热，非溶性聚合物层或非溶性弹性介质膜变软，使微球嵌入非溶性聚合物层或非溶性弹性介质膜中，随后除去微球，在非溶性聚合物层或非溶性弹性介质膜上得到有序的球形凹陷排列； C.溶解b步骤所得样品的可溶性牺牲层，使非溶性聚合物层或非溶性弹性介质膜从基底上脱落； d.将非溶性聚合物层或非溶性弹性介质膜翻转，转移到新基底上，在新基底的非溶性聚合物层或非溶性弹性介质膜上得到有序的球形凸起排列； e.刻蚀非溶性聚合物层或非溶性弹性介质膜的表面，得到具有一定开口大小的纳米排列。 所述的微纳结构的制备方法，还包括以下步骤 f.向e步骤所得的样品表面热蒸发金属，然后剥离样品，随后对样品进行有机溶剂冲洗、氮气吹干，在新基底上得到单圆柱状、相邻双圆柱状、椭圆状、圆环状或弯月状的金属纳米阵列。 所述热蒸发金属采用垂直沉积、倾斜a角度沉积或旋转沉积的金属沉积方式。a为30° -60° 。 所述可溶性牺牲层、非溶性聚合物层分别为水溶性薄膜、非水溶性薄膜；或者分别为溶于弱酸性或强酸性的聚合物薄膜、不溶于弱酸性或强酸性的聚合物薄膜；或者分别为溶于弱碱性或强碱性的聚合物薄膜、不溶于弱碱性或强碱性的聚合物薄膜；或者分别为溶于有机溶剂的聚合物薄膜、不溶于所述有机溶剂的聚合物薄膜。 所述基底为硅片基底、玻璃基底、石英基底或者云母基底。 所述单分散的微球为单分散的二氧化硅微球、单分散的聚苯乙烯微球、单分散的聚甲基丙烯酸甲酯微球，或者单分散的金属微球，如金纳米微球、银纳米微球等。 所述微球的直径在150nm-lum之间。 调制反应物的反应浓度、旋涂的转速可控制可溶性牺牲层，非溶性聚合物层或非溶性弹性介质膜，单分散的微球层的厚度。调制单分散的微球加热的时间和温度，可控制球形凹陷嵌入的深度，从而控制翻转后球形凸起的高度。而控制刻蚀的实验功率、气体流量以及刻蚀时间，可控制球形凸起的开口大小。 与现有技术相比，本专利技术具有如下优点及有益效果本专利技术球形凹陷的大小可通过微球直径大小及凹陷深度来控制；而球形凸起开口的大小则可通过刻蚀的功率、氧气流量及刻蚀时间来控制；向不同开口大小的纳米薄膜热蒸发金属，采用不同的沉积角度、样品的旋转速度可得到各种形状的金属阵列。对表面沉积金属的微纳结构，可以用溶解非水溶性纳米薄膜的任何试剂lift-off(剥离)样品，得到各种形状的金属微纳结构。因而本专利技术制备不同尺寸、形状的微纳结构时，并不需要更换相应的模板，是一种更有效、灵活和简便的方法，可广泛应用于新型传感器、纳电子及光子器件、表面增强谱学及生物医学等诸多领域的研究中，为研究金属有序纳米阵列上的表面等离子共振效应(SPRs)和表面增强拉曼散射(SERS)机理理论的深入研究增添了崭新的内容，并且为单分子的检测研究开拓了新的途径。附图说明 图1是本专利技术的工艺流程图。 图2是110nm开口大小的球形凸起的纳米薄膜SEM图。 图3是150nm开口大小的球形凸起的纳米薄膜SEM图。 图4是230nm开口大小的球形凸起的纳米薄膜SEM图。 图5是单圆柱的金属阵列SEM图。 图6是相邻双圆柱的金属阵列SEM图。 图7是曲面上形成的单圆柱金属阵列图。具体实施例方式下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步说明，但本专利技术的实施方式不限于此。 实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微纳结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：　　　　ａ．在基底上依次均匀旋涂可溶性牺牲层，非溶性聚合物层或非溶性弹性介质膜，单分散的微球；　　　　ｂ．将ａ步骤所得的样品加热，非溶性聚合物层或非溶性弹性介质膜变软，使微球嵌入非溶性聚合物层或非溶性弹性介质膜中，随后除去微球，在非溶性聚合物层或非溶性弹性介质膜上得到有序的球形凹陷排列；　　　　ｃ．溶解ｂ步骤所得样品的可溶性牺牲层，使非溶性聚合物层或非溶性弹性介质膜从基底上脱落；　　　　ｄ．将非溶性聚合物层或非溶性弹性介质膜翻转，转移到新基底上，在新基底的非溶性聚合物层或非溶性弹性介质膜上得到有序的球形凸起排列；　　　　ｅ．刻蚀非溶性聚合物层或非溶性弹性介质膜的表面，得到具有一定开口大小的纳米排列。

【技术特征摘要】
一种微纳结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤a.在基底上依次均匀旋涂可溶性牺牲层，非溶性聚合物层或非溶性弹性介质膜，单分散的微球；b.将a步骤所得的样品加热，非溶性聚合物层或非溶性弹性介质膜变软，使微球嵌入非溶性聚合物层或非溶性弹性介质膜中，随后除去微球，在非溶性聚合物层或非溶性弹性介质膜上得到有序的球形凹陷排列；c.溶解b步骤所得样品的可溶性牺牲层，使非溶性聚合物层或非溶性弹性介质膜从基底上脱落；d.将非溶性聚合物层或非溶性弹性介质膜翻转，转移到新基底上，在新基底的非溶性聚合物层或非溶性弹性介质膜上得到有序的球形凸起排列；e.刻蚀非溶性聚合物层或非溶性弹性介质膜的表面，得到具有一定开口大小的纳米排列。2. 根据权利要求1所述的微纳结构的制备方法，其特征在于，还包括以下步骤f. 向e步骤所得的样品表面热蒸发金属，然后剥离样品，随后对样品进行有机溶剂冲 洗、氮气吹干，在新基底上得到单圆柱状、相邻双圆柱状、椭圆状、圆环状或弯月状的 金属纳米阵列。3. 根据权利要求2所述的微纳结构的制备方法，其特征在于所述热蒸发金属采用 垂直沉积、倾斜a角度沉积或旋转沉积的金属沉积方式。4. 根据权利要求3所述的微纳结构的制备方法，其特征在于所述a为30。-60° 。5. 根据权利要求l-4中任一项所述的微纳结构的制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：金崇君，许海霞，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：81[]