本发明专利技术公开了一种金属纳米颗粒微阵列芯片的制备装置及方法，该制备装置包括激光器、电控开关、空间滤波器、光束整形系统、反射镜、聚焦物镜、样品夹、精密电控三维位移平台和观察屏，该制备方法的步骤为：首先制备含有金属纳米粒子颗粒和聚合物材料的复合溶胶，然后将复合溶胶旋涂于衬底基片上，再烘干、固化得到含金属纳米粒子颗粒的复合胶体薄膜，最后将复合胶体薄膜与衬底基片组成的样品置于制备装置下进行激光刻蚀得到金属纳米颗粒微阵列芯片，利用本发明专利技术方法制得的金属纳米颗粒微阵列芯片的点阵图案分布均匀，金属纳米颗粒微阵列单元的轮廓清晰，形状规则，单元点的大小和分布易于控制和调整，且本发明专利技术方法工艺简单、成本低廉、易于推广。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种微纳加工技术，尤其是涉及。
技术介绍
近年来，纳米材料因其具有独特的物理化学性能，以及在光、电、催化、存储、医疗和传感等领域具有重要应用价值，从而引起广大科技工作者的研究兴趣。迄今，人们已经制备出多种形貌和结构的纳米材料，如聚苯乙烯纳米球、金纳米杆、硅纳米线、碳纳米管和氧化锌纳米盘等。随着科学技术的进步，微纳制造技术已经从纳米材料的合成与性质表征，发展到人们能够按照自己的意愿利用纳米材料来设计和制造具有一定功能的微纳结构器件。目前，制备微纳结构器件主要有两种方法第一种是利用弱的和方向性较小的非共价键，如氢键、范德瓦尔键和弱的离子键协同作用，把原子、离子或分子连接组装成特定的微/纳米结构。这种方法简单方便，但是可控性及重复性方面有待提高；第二种是通过光刻、电子束刻蚀、反应离子刻蚀、聚焦离子束刻蚀、纳米压印、电化学沉积、真空蒸镀等方法， 制备特定的微/纳米结构。这些方法可以制备出精度高、形貌复杂的微/纳米结构，但是需要复杂和昂贵的微纳加工设备，且耗时长、成本高，制备面积小、不能进行大规模生产。尽管人们在微纳结构器件制备的许多方面已经取得了一些成果，但仍然不能满足实现大规模、 高效率、低成本的制备要求，因此很有必要发展一种操作简单、成本低廉的微/纳米结构的制备方法。另一方面，激光直写技术是一种发展迅速的新型微加工技术，它将激光束经过特定的光学整形系统后直接对样品表面进行曝光或烧蚀，通过计算机控制样品台的移动来实现在样品表面形成所需的浮雕轮廓。该技术属于一次成形技术，无需复杂的后续处理工艺， 具有成本低、加工周期短、使用灵活、环境要求低等诸多优点，已在微电子、集成光学、微机电系统等的制作方面获得广泛应用。因此，利用激光直写技术进行金属纳米颗粒微阵列芯片的制备具有重要的发展前景。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种操作简便、成本低廉，且效率高、重复性好，能够实现大规模生产的金属纳米颗粒微阵列芯片的制备装置及方法。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为一种金属纳米颗粒微阵列芯片的制备装置，其特征在于包括激光器、电控开关、空间滤波器、光束整形系统、反射镜、聚焦物镜、样品夹、精密电控三维位移平台和观察屏，所述的电控开关用于控制所述的激光器发射的激光光束的开通与闭合，所述的空间滤波器主要由设置于所述的激光器与所述的光束整形系统的光入射端之间的第一光阑和设置于所述的光束整形系统的光出射端与所述的反射镜之间的第二光阑组成，所述的样品夹与所述的精密电控三维位移平台连接，所述的样品夹上的样品位于所述的聚焦物镜与所述的观察屏之间，所述的样品夹上的样品通过所述的样品夹在所述的精密电控三维位移平台上的上下位移实现位置粗调，所述的样品夹上的样品通过所述的精密电控三维位移平台位置的细调后处于所述的聚焦物镜的焦平面；所述的电控开关开启时所述的激光器发射的激光光束通过所述的第一光阑、所述的光束整形系统和所述的第二光阑入射到所述的反射镜上，所述的反射镜反射的激光光束通过所述的聚焦物镜照射到样品的激光直写点上，当所述的观察屏上的衍射图案稳定时该激光直写点已完成激光直写。所述的激光器采用小功率激光器；所述的第一光阑和所述的第二光阑的孔径大小均可调，最小孔径大小均为0. 5mm，最大孔径大小均为4mm ；所述的光束整形系统的扩束倍数为4 ；所述的反射镜的反射率为0. 95 ；所述的聚焦物镜的放大倍数为10 100倍。所述的电控开关设置于所述的激光器、所述的第一光阑、所述的光束整形系统、所述的第二光阑、所述的反射镜和所述的聚焦物镜的任意两者之间。所述的精密电控三维位移平台主要由X轴方向移动组件、Y轴方向移动组件和Z轴方向移动组件组成，所述的X轴方向移动组件、所述的Y轴方向移动组件和所述的Z轴方向移动组件均采用手动的微调位移器或电动微调位移器。一种金属纳米颗粒微阵列芯片的制备方法，其特征在于包括以下步骤①制备平均粒径为ι 20nm的金属纳米粒子颗粒；②将步骤①所制备的金属纳米粒子颗粒均勻分散于有机溶剂中，制备成浓度为20 100mg/ml的金属纳米粒子颗粒溶胶；③选取聚合物材料，并将聚合物材料完全溶解于有机溶剂中，制备成浓度为20 100mg/ml的聚合物溶胶；④按1 1 1:4的体积比混合金属纳米粒子颗粒溶胶和聚合物溶胶，再通过搅拌、超声处理得到金属纳米粒子颗粒均勻分散的复合溶胶；⑤采用旋转涂膜方法将复合溶胶旋涂于衬底基片上，再通过恒温箱烘烤固化得到厚度为200 6000nm的复合胶体薄膜；⑥首先选择金属纳米颗粒微阵列芯片的制备装置所用的激光器，确定金属纳米颗粒微阵列芯片的制备装置所用的聚焦物镜的放大倍数，接通激光器电源并打开金属纳米颗粒微阵列芯片的制备装置所用的电控开关，然后将复合胶体薄膜与衬底基片组成的样品固定于金属纳米颗粒微阵列芯片的制备装置所用的样品夹上，将样品夹固定在金属纳米颗粒微阵列芯片的制备装置所用的精密电控三维位移平台上并调整样品夹在精密电控三维位移平台上的位置实现样品在Z轴方向上位置的粗调，接着调整精密电控三维位移平台的Z轴方向移动组件，使样品处于金属纳米颗粒微阵列芯片的制备装置所用的聚焦物镜的焦平面， 此后关闭电控开关，调整精密电控三维位移平台的X轴方向移动组件、Y轴方向移动组件实现样品在水平方向上的位置定位，再次打开电控开关并察看金属纳米颗粒微阵列芯片的制备装置所用的观察屏上的衍射图案，当衍射图案稳定时确定完成样品的一个激光直写点的激光直写并关闭电控开关，再重复调整精密电控三维位移平台的X轴方向移动组件、Y轴方向移动组件完成样品的所有激光直写点的激光直写，得到金属纳米颗粒微阵列芯片。所述的步骤①所制备的金属纳米粒子颗粒为金纳米粒子颗粒、或银纳米粒子颗粒、或钼纳米粒子颗粒。所述的步骤②中选用的有机溶剂与所述的步骤③中选用的有机溶剂相同，所述的有机溶剂用于溶解所述的步骤③中采用的聚合物材料和分散所述的步骤①所制备的金属纳米粒子颗粒。所述的步骤②和所述的步骤③中的有机溶剂采用甲苯、二甲苯、氯仿、二氯甲烷、 环己烷中的任一种；所述的步骤③中的聚合物材料采用聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯、聚碳酸酯中的任一种。所述的步骤④中的搅拌时间为2 3小时；超声处理的时间为20 80分钟；所述的步骤⑤中的衬底基片采用玻璃基片、石英基片、ITO (氧化铟锡)玻璃基片中的任一种；在衬底基片上旋涂复合溶胶时设定旋涂转速为800 1500rpm，且旋涂时间为20 60秒；利用恒温箱烘烤时设定烘烤温度为60 100度，且烘烤时间为2 6小时。所述的步骤⑥中选择的激光器发射的激光光束的波长，应依据所述的步骤①所制备的金属纳米粒子颗粒的共振吸收波长来确定，激光器的输出功率依据激光光束被聚焦后能够气化所述的步骤③中采用的聚合物材料来决定；所述的步骤⑥中的聚焦物镜的放大倍率依据实际设计图案的线宽来选择。与现有技术相比，本专利技术的优点在于1)本专利技术装置通过调整样品夹在精密电控三维位移平台上的位置来实现置放于样品夹上的样品的位置的粗调，再结合精密电控三维位移平台的调节实现样品的位置的细调， 使样品处于聚焦物镜的焦平面，这样激光器发射的激光光束通过第一光阑、光束整形系统、 第二光阑、反射镜、聚焦物镜后照射到样品上对样品进行激光本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种金属纳米颗粒微阵列芯片的制备装置，其特征在于包括激光器、电控开关、空间滤波器、光束整形系统、反射镜、聚焦物镜、样品夹、精密电控三维位移平台和观察屏，所述的电控开关用于控制所述的激光器发射的激光光束的开通与闭合，所述的空间滤波器主要由设置于所述的激光器与所述的光束整形系统的光入射端之间的第一光阑和设置于所述的光束整形系统的光出射端与所述的反射镜之间的第二光阑组成，所述的样品夹与所述的精密电控三维位移平台连接，所述的样品夹上的样品位于所述的聚焦物镜与所述的观察屏之间，所述的样品夹上的样品通过所述的样品夹在所述的精密电控三维位移平台上的上下位移实现位置粗调，所述的样品夹上的样品通过所述的精密电控三维位移平台位置的细调后处于所述的聚焦物镜的焦平面；所述的电控开关开启时所述的激光器发射的激光光束通过所述的第一光阑、所述的光束整形系统和所述的第二光阑入射到所述的反射镜上，所述的反射镜反射的激光光束通过所述的聚焦物镜照射到样品的激光直写点上，当所述的观察屏上的衍射图案稳定时该激光直写点已完成激光直写。2.根据权利要求1所述的一种金属纳米颗粒微阵列芯片的制备装置，其特征在于所述的激光器采用小功率激光器；所述的第一光阑和所述的第二光阑的孔径大小均可调，最小孔径大小均为0. 5mm,最大孔径大小均为4mm ；所述的光束整形系统的扩束倍数为4 ；所述的反射镜的反射率为0. 95 ；所述的聚焦物镜的放大倍数为10 100倍。3.根据权利要求1或2所述的一种金属纳米颗粒微阵列芯片的制备装置，其特征在于所述的电控开关设置于所述的激光器、所述的第一光阑、所述的光束整形系统、所述的第二光阑、所述的反射镜和所述的聚焦物镜的任意两者之间。4.根据权利要求3所述的一种金属纳米颗粒微阵列芯片的制备装置，其特征在于所述的精密电控三维位移平台主要由X轴方向移动组件、Y轴方向移动组件和Z轴方向移动组件组成，所述的X轴方向移动组件、所述的Y轴方向移动组件和所述的Z轴方向移动组件均采用手动的微调位移器或电动微调位移器。5.一种金属纳米颗粒微阵列芯片的制备方法，其特征在于包括以下步骤①制备平均粒径为1 20nm的金属纳米粒子颗粒；②将步骤①所制备的金属纳米粒子颗粒均勻分散于有机溶剂中，制备成浓度为20 100mg/ml的金属纳米粒子颗粒溶胶；③选取聚合物材料，并将聚合物材料完全溶解于有机溶剂中，制备成浓度为20 100mg/ml的聚合物溶胶；④按1 1 1:4的体积比混合金属纳米粒子颗粒溶胶和聚合物溶胶，再通过搅拌、超声处理得到金属纳米粒子颗粒均勻分散的复合溶胶；⑤采用旋转涂膜方法将复合溶胶旋涂于衬底基片上，再通过恒温箱烘烤固化得到厚度为200 6000nm的复合胶体薄膜；⑥首先选择...
【专利技术属性】
技术研发人员：周骏，阳明仰，林豪，颜承恩，张琪，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：
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