[发明专利]一种基于铝阳极氧化膜的复型纳米孔掩模板及其制备方法和应用

说明书

(一)技术领域：

本发明属于模板印刷术领域。特别涉及到一种基于铝阳极氧化膜 的复型纳米孔掩模板及其制备方法，这种掩模板可结合各种刻蚀技术 或真空薄膜沉积技术，用于周期性纳米结构的制备及多孔氧化铝图形 的复制转移。

(二)背景技术：

多孔铝阳极氧化膜为一种典型的自组装纳米孔结构材料，其孔道 的尺度可由电解条件控制，现可得到的铝阳极氧化膜孔径从10到 200nm，长径比达1000，孔密度从10⁹到10¹²cm^-2。在适当的阳极氧化条 件下，铝阳极氧化膜孔道具有有序的六角排列。近年来，铝阳极氧化 膜因具有垂直于表面的纳米孔道阵列，而在纳米材料科学中得到了重 要应用，主要被用作制备纳米结构的模板，例如碳纳米管、纳米线、 纳米点等。

许多工作中，利用超薄(厚度一般小于300nm)、孔道贯通的铝阳 极氧化膜做掩模板，结合离子刻蚀技术或真空薄膜沉积技术，来实现 铝阳极氧化膜模板图形的复制转移或纳米点阵列的制备。但是，制备 这种超薄的铝阳极氧化膜掩模板的工艺较为复杂。首先在阳极氧化完 成后需要将氧化膜和铝基底分离，然后进行通孔(去除阻挡层)处理。 而这种超薄的氧化铝膜机械强度非常差，因而造成了许多后处理和操 作上的困难。

(三)发明内容：

本发明设计了一种基于铝阳极氧化膜的复型纳米孔掩模板及其制 备方法和应用，此复型掩模板可选择多种材料以满足不同需要，工艺 简单，在许多场合下可取代较多使用的超薄铝阳极氧化膜掩模板。

本发明的技术方案：一种基于多孔铝阳极氧化膜的复型纳米孔掩 模板，其特征在于它具有与铝阳极氧化膜相同密度及排列的纳米孔阵 列，孔密度范围在10⁹～10¹²cm^-2。

上述基于多孔铝阳极氧化膜的复型纳米孔掩模板制备工艺，其步 骤如下：

(1)采用由二次氧化法制得的孔道有序铝阳极氧化膜；

(2)利用真空镀膜技术在氧化铝膜表面沉积薄膜；

(3)将氧化铝衬底用选择性化学腐蚀法去除，得到分离的纳 米孔掩模板。

上述所述的步骤(2)中沉积薄膜的材料选择可蒸发或溅射的材料， 可蒸发或溅射的材料有金属材料和非金属材料，金属材料包括镍、铁、 金或铂，非金属材料包括碳或硅。

上述所述的步骤(2)中沉积薄膜材料选择金属材料时，则镀膜时 或镀膜后可对样品进行加热以增加薄膜的机械强度；所述的加热条件 为：温度200℃～400℃，时间0.5～2小时。

上述所述的步骤(2)中沉积薄膜可选用真空溅射或蒸发沉积技术， 包括离子束溅射、磁控溅射、真空热蒸发、激光蒸发或电子束蒸发。

上述所述的步骤(2)中的沉积薄膜过程，氧化铝膜表面应正对溅 射靶或蒸发源，样品对溅射靶或蒸发源面积形成的张角不超过15°。

另外，沉积室的真空度要优于5×10^-2Pa。这样可使沉积原子的轨迹大都 垂直于样品表面，以尽量减少铝阳极氧化膜孔壁上的材料沉积。

上述所述的步骤(2)中的沉积薄膜过程，薄膜沉积厚度不超过氧 化铝膜孔径为宜。

上述所述的复型纳米孔掩模板与离子刻蚀或真空薄膜沉积技术相 结合，用于实现目标纳米阵列的制备及多孔氧化铝图形的复制转移。

本发明的优越性和技术效果在于：与传统使用的超薄铝阳极氧化 膜掩模板相比，这种复型掩模板更具有显著的有益效果，即1、制备工 艺更为简单；2、可选用多种可蒸发或溅射的材料，应用范围更为广泛； 3、可通过退火等后处理工艺提高其柔韧性或机械强度，降低了操作难 度，更容易产品化。

(四)附图说明：

附图1为本发明所涉一种基于铝阳极氧化膜的复型纳米孔掩模板 及其制备方法和应用中的复型纳米孔掩模板结构模型示意图。

附图2为本发明所涉一种基于铝阳极氧化膜的复型纳米孔掩模板 及其制备方法和应用中制备流程示意图(图2a为初始的多孔铝阳极氧 化膜，用常用的二次阳极氧化法制得；图2b为利用真空镀膜技术在氧 化铝膜表面沉积薄膜；图2c为最后将氧化铝衬底用稀的酸性或碱性溶 液腐蚀去除，得到分离的复型纳米孔掩模板)。